TW201136153A - Piezoelectric resonator with two layers - Google Patents

Description

201136153 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本申凊案係關於微機電系統（MEMS)器件，且更特定古 之’係關於MEMS壓電共振器器件。 【先前技術】 微機電系統（MEMS)濾波器具有優勢在於：能夠減小當 用作諸如無線電的電子系統之部分時所需的大小、重量及 功率。然而，MEMS型濾波器具有限制。舉例而言，厚度 MEMS型濾波器（thickness MEMS_type fiUer)(例如，厚: 延伸模式壓電共振器）通常限於每一基板晶粒—單一操= 頻率。對於另一實例，以微影方式判定之操作頻率共振器 (例如，輪廓延伸多晶矽共振器）不能滿足低阻抗（例如，5〇 Ω)規格。 【發明内容】 根據本發明之一態樣，—種壓電共振器器件包含一第一 層，該第一層包括一或多個第一層金屬電極。該第一層之 一第-區域包括沿著-維度的―第—層週期性結構，二第 -層週期性結構包含該-或多個第一層金屬電極中之一者 及-無第-層金屬電極之空間。一第二層包含一第一壓電 材料。該第二層鄰近於該第一層。一第三層包括一或多個 第三層金屬電極。該第三層鄰近於該第二層、與該第一層 相對。-第四層包含一第二壓電材料。該第四層鄰近於： 第三層、與該第二層相對…第五層包括—或多個第五層 金屬電極。該第五層鄰近於該第四層、與該第三層相對。 148776.doc 201136153 在一第二區域中，該第五層包括沿著該一維度之一第五層 週期性結構，該第五層週期性結構包含該一或多個第五層 金屬電極中之一者及一無第五層金屬電極之空間。在該第 一層或該第五層中的該等金屬電極中之一第—金屬電極耦 接至一經組態以提供一第一信號之第一觸點，且在該第一 層或該第五層中的該等金屬電極中之一第二金屬電極耦接 至經組態以提供一第二信號之第二觸點。

根據本發明之另—態樣’該—或多個第-層金屬電極包 含與第二複數個電極相互交叉之第一複數個電極。 根據本發明之另一態樣，一第六層鄰近於該第五層、與 該第四層相對。 ^ 【實施方式】 本發明之各種實施例揭示於以下實施方式及附圖中。 可以眾多方式來實施本發明’眾多方式包括以下各項： 作為過程；震置；系統；物質組成；體現於電腦可讀儲存 媒體上之電腦程式產品；及/或處理器，諸如，經組態以 執行儲存於㈣至處理器之記憶體上及/或由記憶體提供 之指令的處理器。在此說明書中，此等實施或本發明可採 取,任何其他形式可被稱作技術。大體而言，可在本發明 之範疇内更改所揭示之過程的步驟之次序。除非另有陳 迷’否則可將描述為經組態以執行任務之組件（諸如，處 理器或記億體）實施為經臨時組態以在給定時間執行任務 之-般組件或經製造以執行任務之特定組件。如本文令所 使用’術語「處理器」指代經組態以處理資料(諸如，電 148776.doc 201136153 腦程式指令）之一或多個器件、電路及/或處理核心。 下文連同說明本發明之原理的附圖—起來提供本發明之 一或多個實施例之詳細描述。結合此等實施例來描述本發 明，但本發明不限於任何實施例。本發明之範疇僅受申請 專利範圍限制，且本發明涵蓋眾多替代、修改及均等物。 在以下描述中闈述眾多特定細節以便提供對本發明之透徹 理解。出於實例之目的而提供此等細節，且可在無一些或 所有此等特定細節之情況下根據申請專利範圍來實踐本發 明。為了清晰起見，與本發明有關的在技術領域中已知之 技術材料並未詳細地描述，以使得不會不必要地使本發明 難懂。 揭不具有兩個壓電層之微機電系統（MEMS)壓電共振 益。一壓電共振器器件包含使用繫栓懸掛之一層體集合。 °亥層體集合包含藉由-中間金屬層分開之兩個壓電層及鄰 近該等壓電層之外部的金屬電極層（例如，金屬電極層、 壓電層中間金屬層、壓電層，及金屬電極層）。該等金 屬電極層具有彼此相關的電極圖案。頂層及底層上之該等 屬电極及中間金屬層用以施加、感測或施加且感測該兩 個壓^層中之每—者上的一電位。該等壓電層之壓電效應 層上之„亥電位轉導成該層中之機械應力。該等壓電 層之反壓電效應將每一壓電層中之該機械應力轉導成該層 上之電位。可藉由使施加之電場在該器件之自然頻率下 及時地變化來在機械共振下操作共振器結構。在各種實施 例中，該壓電層由以下各項中之一者組成：氣化結、氧化 148776.doc 201136153 料。在:石央、砷化鎵、銳酸鐘或任何其他適當材 相同材料組層“同材料組成μ 攻°亥寺電極之間距及該等電極與該中間全屬 層之連接性判定該共振器結構之一頻率回應。1金屬 或m實施例中’該等頂部金屬電極、該中間金屬層及/ 〜氏部金屬電極由以下各項組成：紹、始、翻、金 Ο =!、_，或任何其他適當金屬。在各種實施例中二 二：屬電極、該中間金屬層及/或該等底 由相同金屬組成或由不同金屬組成。 電極 域^些實施例中，該兩個金屬電極層具有以下圖案··區 部：之；！Γ當自該層體集合之頂部或底部檢視時，頂 之·。亥等電極區域居中定 竦居中疋位於底部上之電極區域之間的 u，且底部上之料電極區域居中定位 域之間的-空間中。在各種實施例中，該等區域： ^層之-區域中之大致矩形區域、該層之一區域中之大 弧或園圈之部分，或任何其他適當形狀。在各種實 該等電極具有與電極區域之間的該空間大致相同 ^-不如该等電極區域之間的該空間寬、比該等電極 :之=!空間寬:或任何其他適當寬度。該壓電共振 σ因子之置值依據相比於電極區域之間的該空 間之見度的該電極之相對寬度而定。 此=實施例中，頂層金屬電極與該等底部金屬電極彼 在一些實施例中，該等金屬電極層（例如’頂層及底層） 148776.doc 201136153 中之母一者包括兩個相互交又之 極集合麵接至—底部…其令-頂部電 至另-底部電極集八。一另—頂部電極集合耦接 σ 在各種實施例_，頂；；^ Α Μ 該等搞接之集合經電# a _層上之 及下方的頂部集合與於被此之上方 彼此之上方及下方輕接’或以使得相應地位於 :及下方的頂部集合與底部集合不耗接。 在一些貫施例中，—… 電極線寬，-種兩以雷〜疋的以微影方式定義之金屬 夠為可夢由單奸 器器件使得最大操作頻率能 倍’。對二:二振器器件達成的最大操作頻率之兩 ° ; 、σ疋操作頻率，需要一較大飨宮 , 大線寬減小微〜而要車乂大線見，此係因為較 廳⑽製造設備常常㈣⑽⑽目前技術狀態若=為 且因為MEMS器件之微影必須適應晶圓構形⑽如，量測若 干微米之梯級兩度））；2)降低電極中之歐姆負载（例如，歐 姆負載與電極電阻相關聯’其破壞低阻抗共振器之q); 3) 藉由允許電極覆蓋橫向應變場之較大部分來增加轉導效率 (例士如’此係有利的，此係因為其包括與共振器結構之壓 電結構之運動相關聯的更多電荷)；及4)使強制函數更有效 率地耦〇至一所要的振動模式中，且藉由具有額外轉導器 層來抑制不合需要的平板模式（例如，此對於2_埠拓撲尤其 有效）。 ' 在一些實施例中’與一種兩層未圖案化之電極結構相 比’一種兩層圖案化之共振器結構具有以下優勢：丨）迫使 具有週期性及/或交替極性電位之共振器結構更有效率地 148776.doc 201136153 耦合至一所要的振動 要的模式；2)允許藉由二^抑制該共振器結構之不合需 振器結構之阻抗二增 整之需求，此係…準#及/或降低對於修 度延伸掇十丁p从一益件在该共振器結構之一基本寬 化對哭件頻車"器件頻率之影響相比’結構寬度之變 ==率之影響為該影響的％倍，其中η為共振器之 =的半波長週期之數目(例如，電極之數目);及句在

所^向延伸模式器件之特徵回應中出現的厚度延伸回應 不太明顯。 圖1為說明具有兩個壓電層之壓電共振器之一實施例的 方，圖。在所展示之實例中，纟用繫栓102及繫栓104將共 振器結構100懸掛於空腔之上。對於經設計以在約丨GHz下 操作之|§件，共振器結構100之橫向尺寸通常為大約數百 微米X數百微米，且對於經設計以在10 MHz下操作之器 件，共振器結構100之橫向尺寸通常高達數千微米x數千微 米；每一壓電層通常為0.5微米至3微米厚。繫栓1〇4定義 於與構成共振器結構100之壓電層相同的壓電層中，且通 常為5微米寬，且經設計以使得其長度（在將共振器結構連 接至其周圍事物之方向上）為整數數目個共振四分之一波 長。共振器結構100包含一層體集合，該層體集合包括一 頂部金屬電極層、一在頂部金屬電極層下方之頂部壓電 層、一在頂部壓電層下方之中間金屬層、一在中間金屬層 下方之底部壓電層及一在底部壓電層下方之底部金屬電極 層。中間金屬層經由繫栓104而電輕接至介層孔1〇6，且電 148776.doc 201136153 搞接至接觸條m及接觸條114。頂部金屬電極層及底部金 屬電極層經由繫栓102而電耦接至介層孔1〇8且電耦接至接 觸條112。接觸條U0/接觸條114及接觸條112可用作至共振 …。構100之1-埠連接件，其中⑼如”妾觸條u〇/接觸條 m耦接至接地’且接觸條112耦接至信號輸入端。共振哭 結構_包括在頂面及底面上的金屬電極圖案，當提供： 入信號時，該金屬電極圖案具有耗合至共振器結構電回應 之振動回應。振動回應為沿著垂直於繫栓1〇2與繫栓1〇4: 間的軸線之軸線的振動振盪模式。在共振器結構1〇〇之表 面之-區域(包括在共振器結構1〇〇之任一端處的除了匯： 排連接器條帶之外的所有連接器條帶）中，頂部金屬電極 及底部金屬電極具有沿著垂直於繫栓⑽與繫栓1G4之間的 軸線之轴線的週期性結構。藉由選擇在該表面上的週期性 結構之週期性來控制共振器結構1〇〇之共振頻率回應。丘 振之頻率與1/(電極之週期)成比例，且與在頂部壓電層與 底部壓電層中之壓電材料中的彈性波傳播之速度有關。舉 例而言，若共振器結構係由氮化雀呂製成，則ig微米之電極 週期對應於大約1 GHz之共振頻率。共振時，在壓電^ ，播之彈性波具有半波長，其等於經圖案化之電極之週 期。可藉由在經圖案化之金屬層上施加在結構共振頻率下 及時變化之諧波電位來驅使結構進入共振。週期性電極之 佈局及互連性優先轉導所要的振動模式，同時抑制結構之 不合需要的寄生振動模式之回應。舉例而言，可在實質上 不轉導其他模式之情況下轉導特定較高階振動模式。與共 148776.doc -10- 201136153 振器對值定DC電位之回應相比， 幅倍增品質因子倍(典型品質因子為大約5。二械口應之振 按比例胡敕I 二，、’ 至5〇〇0)。藉由 例調整由麼電材料之運動產生的電荷之量沿 =與之 1 栓104之間的軸線的共振器結構⑽之長度及電‘ 目的選擇提供對共振器結構⑽之阻抗之控制。 極為說明具有兩個麼電層之壓電共振器之頂部金屬電 Ο

G =ΓΓ實施例的圖。在一些實施例中，圖2之金 電極f以實施與圖1之共振器相關聯的金屬電極。在所 展丁之只例中，共振器結構具有作為頂層金屬電極之部分 (自俯視圖可見）的電㈣之匯流排·、週期性條帶210及 匯流排⑽。使用連接器202將匯流排細、週期性條帶210 及匯流排208電麵接至介層孔2〇4。連接器2〇2跨越用以懸 掛共振盗結構之繫栓214。共振器結構被空間2〇6環繞，且 系使用繫栓214及繫栓216而麵接至環繞共振器結構的結 構。週期性條帶21G沿著垂直於將在繫栓214與繫检216之 間伸展之軸線的方向（_例如，沿著軸線212)為週期性的。 週期性條帶210具有沿著與線212相關聯之方向的交替金屬 區域及無金屬區域。在各種實施例中，金屬區域與無金屬 區域具有相同寬度’金屬區域比無金屬區域寬，金屬區域 比…、孟屬區域乍’或該等寬度之間的任何其他適當關係。 對於經設計以在1 GHZ下操作之共振器，具有金屬電極區 域及無金屬電極區域之寬度通常各自為大約5微米；金屬 電極厚度通常為大約⑽奈米至則奈米。麼電共振器之機 電耦合因子之量值依據相比於電極區域之間的空間之寬度 148776.doc 201136153 的電極之相對寬度而定。在一些實施例中，共振器機電麵 合為電極/空間寬度比之非線性函數。在一些實施例中， 金屬電極之寬度並非對應於電極間距之全部半週期（fuii half period)(例如，等於電極間距之全部半週期）之寬度， 此係因為當金屬電極寬度小於電極間距之全部半週期時， 共振器機電耦合更有效率。在一些實施例中，電極/空間 寬度比之最佳值為大約74%。週期性條帶2 2 〇按以下方式 來配置：使得無金屬區域直接在底部金屬電極中之一週期 性條帶集合之上。 ° 圖3為說明具有兩個壓電層之壓電共振器之底部金屬電 極的俯視圖之一實施例的圖。在一些實施例中，圖3之金 屬電極用以實施與圖1之共振器相關聯的金屬電極。在所 展示之A例中，共振器結構具有作為底層金屬電極之部分 (自俯視圖可見)的電耦接之匯流排3〇〇、週期性條帶㈣： 匯流排3〇8。使用連接器302將匯流排3〇〇、週期性條帶31〇 及匯流排則電輕接至介層孔觸點3〇4。連接器地跨越用 以懸掛共振器結構之繫栓314。共振器結構被空間_環 繞，且係使用繫栓314及繫栓316而㈣至環繞共振器結構 的結構。週期性條帶31G沿著垂直於將在繫栓314與繫检 316之間伸展之轴線的方向（例如沿著軸線3D)為週期性 的週期性條帶3 10具有沿著與線312相關聯之方向的交 =區域及無金屬區域。在各種實施例中，金屬區域與無 金屬區域具有相同寬度’金屬區域比無金屬區域寬，金屬 A i屬區域* ’或該等寬度之間的任何其他適當關 148776.doc 201136153 係。對於經設計以在i GHz下操作之共振器具有金屬電 極區域及無金屬電極區域之寬度通常各自為大約5微米. 金屬電極厚度通常為大⑴叫米幻⑽奈米。壓電共㈣ 之機電麵合因子之量值依據相比於電極區域之間的空間之 寬度的電極之相對寬度而定。週期性條帶31〇按以下方式 來配置··使得無金屬區域直接在週期性條帶2ι〇下方。 Ο 〇 圖4為說明具^個壓電層之壓電共振器之-實施例的 方塊圖。在-些實施例中，圖4之共振器用以實施圖】之丑 ^。在所展示之實例中，週期性條帶電㈣至匯流 排川，匯流排418又電轉接至連接器414及介層孔412。連 接器4U跨越繫栓416。繫栓416將共振器結構懸掛於基板 :内之I腔41G之上。共振器結構包含：u包括週期性條 2〇及匯流排418的頂部金屬電極層’· 2)頂部壓電層 m3)中間金屬層406; 4)底部壓電層4G2;及5)包括週期 性條帶彻的底部金屬電極層。頂層週期性條帶420居中定 位於底層週期性條帶400之間的空間之上。類似地，頂層 週期性條帶420之間的空間居中定位於底層週期性 之上。 圖5A及圖㈣說明連接至中間金屬層之介層孔之實施 ::圖。在一些實施例中’圖5a及圖⑽介層孔用以實 之共振器相關聯的介層孔。在所展示之實例中， 繫检502將共振@結構麵接至基板。共振器結構與基 開工間500。金屬連接器5〇4電麵接至共振器結構中之 間金屬層且跨越繫检5G2至共振器結構。使用介層孔將 148776.doc -13- 201136153 接觸條506與金屬連接器5〇4電耦接。在圖5B中所展示之橫 戴面中，金屬連接器514電耦接至接觸條516。在一些實施 例中，金屬連接器514對應於金屬連接器5〇4，且接觸條 516對應於接觸條5〇6。 圖6A及圖6B為說明連接至頂部金屬電極層及底部金屬 電極層之介層孔之實施例的圖。在一些實施例中，圖6A及 圖6B之介層孔用以實施與圖j之共振器相關聯的介層孔。 在所展示之實例中，使用繫栓602將共振器結構耦接至基 板。共振器結構與基板分開空間6〇〇。金屬連接器6〇4電耦 接至共振器結構中之頂部金屬電極層且跨越繫栓6〇2至共 振器結構。金屬連接器6〇6電耦接至共振器結構中之底部 金屬電極層且跨越繫栓602至共振器結構。使用介層孔將 接觸條608與金屬連接器604及金屬連接器6〇6電耦接。在 圖6B中所展示之橫截面中，金屬連接器6丨4電耦接至金屬 連接器616及接觸條618。在一些實施例中，金屬連接器 614對應於金屬連接器6〇4，金屬連接器616對應於金屬連 接器606 ’且接觸條61 8對應於接觸條6〇8。 圖7為說明具有兩個壓電層之壓電共振器之一實施例的 方塊圖。在所展示之實例中，使用繫栓7〇2及繫栓7〇4將共 振器結構700懸掛於空腔之上。對於經設計以在約i GHz下 才呆作之器件，共振器結構7〇〇之橫向尺寸通常為大約數百 微米X數百微米，且對於經設計以在1〇 MHz下操作之器 件，共振器結構700之橫向尺寸通常高達數千微米乂數千微 米；每一壓電層通常為0.5微米至3微米厚。繫栓7〇4定義 148776.doc -14- 201136153 於與構成共振器結構700之壓電層相同的壓電層中， 丁，且通 常為5微米寬’且經設計以使得其長度（在將共振器結構連 接至其周圍事物之方向上）為整數數目個共振四分 — 長。共振器結構700包含一層體集合，該層體集合包括— 頂部金屬電極層、一在頂部金屬電極層下方之頂部壓電 • 層、一在頂部壓電層下方之中間金屬層、一在中間金屬層 下方之底部壓電層及一在底部壓電層下方之底部金屬電極 層。中間金屬層經由繫栓702及繫栓704而電耦接至介層孔 ◎ 716、介層孔718、介層孔720及介層孔722，且電耦接至接 觸條710及接觸條714。頂部金屬層上之一電極集合及底部 金屬層上之一電極集合經由繫栓7〇2而電耦接至介層孔 且電耦接至接觸條712。頂部金屬層上之另一電極集合及 底邛金屬層上之另一電極集合經由繫栓7〇4而電耦接至介 層孔706且電耦接至接觸條724。接觸條710/接觸條714以 及接觸條712及接觸條724可用作至共振器結構7〇〇之2_埠 〇 連接件，其中（例如）接觸條710/接觸條714耦接至接地，且 接觸條712耦接至信號輸入端/輸出端，且接觸條724耦接 至另一仏號輪入端/輸出端。共振器結構7〇〇包括頂面及底 面上的金屬電極圖案，當提供輸入信號時，該金屬電極圖 案具有耗合至共振器結構電回應之振動回應。振動回應為 ^著垂直於繋栓7〇2與繫拴7〇4之間的軸線之軸線的振動振 盪模式在共振器結構700之表面之一區域（包括在共振器 、。構700之任—端處的除了匯流排連接器條帶之外的所有 連接益條▼)中’頂部金屬電極及底部金屬電極具有沿著 148776.doc •15· 201136153 垂直於繫拴7〇2與繫拴7〇4之間 構。藉由選擇在該表面上的週;的週期性結 振器結構700之共振頻率回應。共振 :制、 期）成比例，且與在頂部壓電貞n極之週 料中的彈性波傳播之速度有關。舉例而言…二= 之共振頻率。共振時，㈣電m期對應於大約1邮 且“ |中傳播之彈性波具有半油 二八等於經圖案化之電極之週期。可藉由在經圖案化之 在結構共振頻率下及時變化之諧波電位來驅 進入共振。週期性電極之佈局及互連性優先轉導所 要的振動模式，同時抑制結構之不合需要的寄生振動模式 舉例而言’可在實質上不轉導其他模式之情況下 轉導特疋較高階振動模式。與共振器對值定沉電位之回 應相比’共振器之機械回應之振幅倍增品質因子倍(血型 品質因子為大約5〇〇至5_)。藉由按比例調整由壓電材料 之運動產生的電荷之量’沿著繫栓7G2與繫栓7⑽之間的轴 線的共振器結構雇之長度及電極週期之數目的選擇提供 對共振器結構700之阻抗之控制。 圖8為說明包括具有兩個壓電層之壓電共振器之頂部金 屬電極的俯視圖之-實施例的圖。在―些實施例中，圖8 之金屬電極用以實施與圖7之共振器相關聯的金屬電極。 ^7展示之實例中，共振器結構具有作為頂層金屬電極之 (自俯視圖可見）的電耗接之匯流排800、週期性條帶 810週期性條帶811及匯流排808。使用連接器8〇2將匯流 148776.doc 16 201136153 排刪及職性條帶㈣以接至介層孔购及制條心 連接器8〇2跨越用以懸掛共振器結構之繫栓814。共振器结 構被空間_環繞且係使用繫栓川及繫栓816而麵接至環 繞共振器結構的結構。週期性條帶8ιι及匯流排_吏用連 接器834而電域至介層孔832及接觸條828。 Ο 週期性條帶810及週期性條帶川沿著垂直於將在繫栓 814與繫拴816之間伸展之軸線的方向(-例如，沿著軸線 叫為週期性的。週期性條帶_與週期性條帶川相互交 =著與線812相關聯之方向具有藉由無金屬區域分開 =金屬區域。在各種實施例中’金屬區域與無金屬區域具 相同寬度’金屬區域比無金屬區域寬，金屬區域比無金 區域窄’或該等寬度之間的任何其他適當關係。在各種 實施例中，《性條帶81〇與週純條帶811具有相同寬度 電極二具有不同寬度電極或任何其他適當寬度電極。對於 經设計以在1 GHz下操作之共振琴，呈 ^电 /、有金屬電極區域及 :金屬電極Q域之寬度通常分別為大約3微米及2微米；金 電極厚度通常為大約100奈米至3〇〇奈米。注意，每 金屬電極電耦接在一起，以使得鄰: 丁州迎盔屬電極並不電耦接 極區竹S電共振益之機電耦合因子之量值依據相比於電 才Q域之間的空間之寬度的電極之相對 :Γ:直及:期性條一 ^ :接在底部金屬電極中之兩個週期性條帶集合之 合之帶81〇在底部金屬電極中之一週期性條帶集 八中底部金屬電極中的該週期性條帶集合電輕接 148776.doc -17- 201136153 至週期性條帶811。週期性條帶811在底部金屬電極中之一 2期性條帶集合之上’其中底部金屬電極中的該週期性條 帶集合電耦接至週期性條帶8丨〇。 使用介層孔822及介層孔820將接觸條826電耦接至共振 器結構中之中間金屬層。使用介層孔824及介層孔818將接 觸條830電耦接至共振器結構中之中間金屬層。 圖9為說明具有兩個壓電層之壓電共振器之底部金屬電 極的俯視圖之一實施例的圖。在—些實施例中，圖9之金 屬電極用以實施與圖7之共振器相關聯的金屬電極。在所 展示之實例中，共振器結構具有作為底層金屬電極之部分 (如自俯視圖可見）的電耦接至週期性條帶911之匯流排 9〇〇。匯流排900及週期性條帶911耦接至連接器9〇2及介層 孔觸904。連接器902跨越用以懸掛共振器結構之繫检 914。共振器結構具有作為底層金屬電極之部分（如自俯視 圖可見）的電耦接至週期性條帶91〇之匯流排92〇。匯流排 920及週期性條帶㈣減至連接器似及介層孔觸點叩。 連接器922跨越用以懸掛共振器結構之繫栓9丨6。 共振器結構被空間906環繞，且係使用繫拴914及繫栓 916而柄接至環繞共振器結構的結構。週期性條帶_與週 期！生條V 911相互交又且沿著垂直於將在繫检與繫检 916之間伸展之軸線的方向(_例如，沿著軸線9⑺具有緊鄰 無金屬S域的具有金屬„。在各種實施例中金屬區域 與無金屬區域具有相同寬度，金屬區域比無金屬區域寬， 金屬區域比無金屬區域窄，或該等寬度之間的任何其他適 148776.doc •18- 201136153 當關係。對於經設計以在i GHz下操作之共振器，具有金 屬電極區域及無金屬電極區域之寬度通常分別為大約3微 米及2微米；金屬電極厚度通常為大約1〇〇奈米至奈 米。壓電共振iim合因子之量值依據相比於電極區 域之間的空間之寬度的電極之相對寬度而定。週期性條帶 911按以下方式來配置：使得金屬區域直接在週期性條帶 811下方。週期性條帶91〇按以下方式來配置：使得金屬區 域直接在週期性條帶8 1 〇下方。

圖10為說明具有兩個壓電層之壓電共振 口口〜 Λ vo ir-j t?v 方塊圖。在-些實施例，’圖i〇之共振器用以實施圖7之 共振益。在所展示之實例中，週期性條帶1G21電耗接至匿 流排1018，匯流排刪又電耗接至連接器胸及介層孔 1〇12。連接n1()14跨越繫栓1()16。繫栓1G16將共振器結構 懸掛於基板um内之空腔咖之上。共振器結構包含·· ^ 一包括週㈣條帶刪、„性條帶则及匯流排ι〇_ 頂部金屬電極層；2)頂部麼電層刪；3)中間金屬層 Γ6 ’ 4)底部壓電層讀，·及5)包括週純條帶1 _及週 =條帶職的底部金屬電極層。頂層週期性條帶⑽居 =位於週期性條帶刪之上。頂層週期性條帶1021居中 至週：=性條帶100°之上。頂層週期性條帶102°電耦接 週』性條帶1000。頂層週期性 條帶1001。 电耦接至週期性 圖11為說明具有兩個壓電 方塊圖。在—些實施例中， 層之壓電共振器之一實施例的 圖11之共振器用以實施圖7之 148776.doc 201136153 共振器。在所展示之實例中， 層孔1丨彳9殽迅』性條帶11〇〇電耦接 禮孔Π 12。繫栓1116將共4 王" 脒ηΐΛ 、、态、、Ό構懸掛於基板1108内之允 腔1110之上。共振器結構 工 的頂邻金匕3 · ”一包括週期性條帶1120 1 P金屬電極層；2)頂部㈣層贈,· 3)中間全屬層 1106 ; 4)底部壓電層11〇2 、，蜀層 及5)包括週期性條帶1Η)0的底 部金屬電極層。頂層週期性 町履 ^ 1t 馀贡1120居中定位於週期性條 ▼ 1100之上。頂層週期性條帶u 条 性條帶_彼此電輕接。… 耦接。底層週期 … 性條帶1120及週期性條帶 各自包含一金屬區域及無金屬區域集合。在-些實施 例中，對於A1N壓電共振器結構， 、 傅在冤極形成週期性結構 所沿著之維度上的頂部金屬電極之寬度為大約3师，在金 屬電極之間具有2 μπι空間。 圖！2為說I實施财的共振器結構之頻相應的曲線 圖。在所展示之實例中，繪製針對自5〇〇 ΜΗζ至25〇〇 MHz 之頻率的與電極圖案丨細相關聯之L琿共振器結構（例如， 4似於圖1圖2、圖3、圖4、圖5或圖6之共振器結構）之 導納的量值。共振器結構具有75 μηι之寬度、i5〇 pm之長 度及2 μηι之厚度（該兩個壓電層中之每一者為i 厚）；壓 電結構係由氮化鋁製成。每一金屬電極條帶為2.5 pm寬及 1 50 nm厚，屯極係由鋁製成。共振器結構具有對應於3 〇個 半波長之寬度。基本頻率為58 MHz(例如，與頻率1740/30 MHz相關聯之彈性波傳播）。結構之基本寬度延伸模式及 其許多泛音得到抑制。舉例而言，圖丨2中見不到在以下各 頻率下的泛音之回應：522 MHz、580 MHz、638 MHz、 148776.doc •20- 201136153 696 MHz、754 MHz、812 MHz、870 MHz、928 MHz、986 MHz、1044 MHz、1102 MHz、1160 MHz、1218 MHz、 1276 MHz、1334 MHz、1392 MHz、1450 MHz、1508 MHz、1566 MHz、1624 MHz或 16 82 MHz。接近2.1 GHz的 小低Q峰值係歸因於厚度延伸模式。 在一些實施例中，共振器結構包含圓圈或環圈，其中在 頂層及底層上之週期性電極為弧或圓圈之部分。 在一些實施例中，共振器結構包含不同於矩形之多邊 〇 形，其中在頂層及底層上之週期性電極為與共振器結構之 類型相同的類型的内切多邊形之部分。 在一些實施例中，共振器結構進一步包含鄰近於底部金 屬電極層之外部的第六層。由低聲損耗材料（例如，石夕、 藍寶石、鎳、金剛石、二氧化矽或碳化矽）製成之第六層 充當用於振動模式之共振腔，且以較低的機電耦合為代價 提高了壓電共振器之品質因子。第六層具有與共振器結構 之壓電層相同的橫向尺寸。第六層處於底層（例如，第五 ο 層電極）與基板之間，且為藉由繫栓而懸掛於釋放之空腔 之上的層堆疊之部分。第六層空腔為1 μηι與100 μιη之間 厚。 雖然為了理解之清晰之目的已略為詳細地描述前述實施 例，但本發明不限於所提供的細節。存在實施本發明之許 多替代方式。所揭示之實施例為說明性的且並非限制性 的。 【圖式簡單說明】 148776.doc -21 - 201136153 圖1為說明具有兩個壓電層之壓電共振器之一實施例的 方塊圖。 圖2為說明具有兩個壓電層之壓電共振器之頂部金屬電 極的俯視圖之一實施例的圖。 圖3為說明具有兩個壓電層之壓電共振器之底部金屬電 極的俯視圖之一實施例的圖。 圖4為說明具有兩個壓電層之壓電共振器之一實施例的 方塊圖。 圖5 A及圖5B為說明連接至中間金屬層之介層孔之實施 例的圖。 圖6A及圖6B為說明連接至頂部金屬電極層及底部金屬 電極層之介層孔之實施例的圖。 圖7為說明具有兩個壓電層之壓電共振器之一實施例的 方塊圖。 圖8為說明包括具有兩個壓電層之壓電共振器之頂部金 屬電極的俯視圖之一實施例的圖。 器之底部金屬電 器之一實施例的 圖9為說明具有兩個壓電層之壓電共振 極的俯視圖之一實施例的圖。 圖10為說明具有兩個壓電層之壓電共振 方塊圖。 器之一實施例的 圖Π為說明具有兩個壓電層之壓電共振 方塊圖。

148776.doc 12為說明一實施例中之共振器結構之頻率 回應的曲線 •22· 201136153

【主要元件符號說明】 100 共振器結構 102 繫栓 104 繫栓 106 介層孔 108 介層孑L 110 接觸條 112 接觸條 114 接觸條 200 匯流排 202 連接器 204 介層孔 206 空間 208 匯流排 210 週期性條帶 212 轴線 214 繫栓 216 繫栓 300 匯流排 302 連接器 304 介層孔觸點 306 空間 308 匯流排 310 週期性條帶 148776.doc •23 201136153 312 轴線 314 繫栓 316 繫栓 400 週期性條帶 402 底部壓電層 404 頂部壓電層 406 中間金屬層 408 基板 410 空腔 412 介層孔 414 連接器 416 繫栓 418 匯流排 420 週期性條帶 500 空間 502 繫栓 504 金屬連接器 506 接觸條 514 金屬連接器 516 接觸條 600 空間 602 繫栓 604 金屬連接器 606 金屬連接器 148776.doc -24 201136153 608 614 616 618 - 700 702 704 706 Ο 708 710 712 714 716 718 720 722 〇 724 800 802 804 806 808 810 811 接觸條 金屬連接器 金屬連接器 接觸條 共振器結構 繫栓 繫栓 介層孔 介層孔 接觸條 接觸條 接觸條 介層孔 介層孔 介層孔 介層孔 接觸條 匯流排 連接器 介層孔 空間 匯流排 週期性條帶 週期性條帶 148776.doc -25- 201136153 812 814 816 818 820 822 824 826 828 830 832 834 900 902 904 906 910 911 912 914 916 918 920 922 轴線 繫栓 接觸條/繫栓

介層孑L 介層孔 介層孔 介層孔 接觸條 接觸條 接觸條

介層子L 連接器 匯流排 連接器 介層孔觸點 空間 週期性條帶 週期性條帶 軸線 繫栓 繫栓 介層孔觸點 匯流排 連接器 148776.doc -26 201136153

1000 週期性條帶 1001 週期性條帶 1002 底部壓電層 1004 頂部壓電層 1006 中間金屬層 1008 基板 1010 空腔 1012 介層孔 1014 連接器 1016 繫栓 1018 匯流排 1020 週期性條帶 1021 週期性條帶 1100 週期性條帶 1102 底部壓電層 1104 頂部壓電層 1106 中間金屬層 1108 基板 1110 空腔 1112 介層孔 1116 繫栓 1120 週期性條帶 148776.doc -27

Claims (1)

1. 201136153 七、申請專利範圍： 1 _ 一種壓電„ 一 # 振益器件，其包含： 該第Si二:括一或多個第-層金屬電極，其中在 . 期性結構，該第—：、戈中包括b著—維度的-第-層週 金屬電極中H冑期性結構包含該—或多個第一層 . -第1 無第一層金屬電極之空間； 一，其包含—第一壓電材料，盆中 近於該第—層； 其中該第二層鄰 〇 % —層，其包括—或多個笛：恳a RI ^ - a _ 二 一曰金屬電極，：a：中該 第：層鄰近於該第二層、與該第—層相對； 第四層，其包含—第二壓電材 近於該第三層、與該第二層相對;及，、中該第四層鄰 第五：Γ層，其包括—或多個第五層金屬電極，1中該 第五層郴近於該第四層、 第五層之-第-巴丄對’且其中在該 第一 Q域中包括沿著該— 期性結構，該第五屏、用* t 第五層週 % θ义Ί生結構包含該—或多彳ϋ g ：C JS ϋ金屬電極中之-者及-無第五層金屬電極==: 亥第—層或該第五層中的該等金屬電極中之—第1金 屬電極耦接至一經袓筚以摞徂唆乂 第一金 L以扼供一第—信號之第一觸點， 且在該第一層或該第五層中的該等金屬電極中之一第二 金屬電極耦接至一經組態以提供一第二信號之第 點。 一 2·如請求項1之器件，其中該第一觸點經組態以接收該第 一信號。 148776.doc 201136153 3. 如請求項2之器件，其中該第二觸點經組態以接收該第 二信號。 4. 如請求項2之器件，其中該第二觸點經組態以輸出該第 二信號。 5. 如請求項1之器件，其中該第一觸點與一第一埠相關 聯。 6. 如請求項5之器件，其中該第二觸點與一第二埠相關 聯。 7. 如請求項6之器件，其中該第三層耦接至接地。 8. 如請求項1之器件，其中該第一層週期性結構與該第五 層週期性結構對準，以使得該一或多個第五層金屬電極 中之該一者居中定位於無第一層金屬電極之該空間之 下，且該一或多個第一層金屬電極中之該一者居中定位 於無第五層金屬電極之該空間之上。 9. 如請求項1之器件，其中該第一層週期性結構與該第五 層週期性結構對準，以使得該一或多個第五層金屬電極 中之該一者居中定位於該一或多個第一層金屬電極中之 該一者之下。 10. 如請求項1至9中任一項之器件，其中該一或多個第一層 金屬電極包含以下各項中之一者：鋁、鉑、鉬、金、 銀、鎳或釕。 11 ·如請求項1至9中任一項之器件，其中該一或多個第五層 金屬電極包含以下各項中之一者：鋁、鉑、鉬、金、 銀、鎳或釕。 148776.doc 201136153 12. 如請求項丨至9中任一項之器件，其中該第三金屬層包含 以下各項中之一者：鋁、鉑、鉬、金、銀、鎳或釕。 13. 如請求項1至9中任一項之器件，其中該第—壓電材料及 該第二壓電材肖包含以下各項巾之一纟：氣魅、氧化 辞、鍅鈦酸鉛、石英、砷化鎵或鈮酸鋰。 ❹ Ο 如請求項⑴中任一項之器件，其中該一或多個第一層 金屬電極具有沿著該—維度之—寬度，該寬度並非與該 一或多個第一層金屬電極相關聯的一全部半週期。 15. 如請求項!至9中任一項之器件，其中該一或多個第五層 金屬電極具有沿著該-維度之—寬度，該寬度並非與該 一或多個第一層金屬電極相關聯的一全部半週期。 16. —種壓電共振器器件，其包含： ’ 二^第一層，其包括一或多個第—層金屬電極，其中在 第層之帛一區域中包括沿著—維度的一第一層週 期性結構，該第―層週期性結構包含該-或多個第一層 金屬電極中之-者及-無第-層金屬電極之空間；曰 —第二層，其包含-第-壓電材料’其中該第二層鄰 近於該第一層； -第三層，其包括一或多個第三層金屬電極，… 第三層鄰近於該第二層、與該第—層相對； 八 —第四層’其包含—第二壓電材料， 折私—松一 „ 八甲及第四層鄰 於邊第二層、與該第二層相對；及 ★層“包括一或多個第五層金屬電極，其中今 第五層鄰近於該第四層'鱼嗲箆- 、^ /罘四層 '興4第二層相對，且其中在該 148776.doc 201136153 第五層之一第二γ jju , "°域中包括沿著該一維度之一笫 』性結構，該第五層 五層週 金屬電極中之一者及二 含該一或多個第五層 無第五層金屬電極之空間， 3亥一或多個第一層金带 其中 ▲口 金屬电極包含與第二被數個電朽士 父叉之第一複數個電極。 電極相互 17 18. 19. 20. 21. 22. 23. .如請求項16之器件，龙 — M ll φ '、中該弟一複數個第一層金屬I極 彼此電耦接，且i φ，姑 屬電極 電耦接。 ’…第二複數個第-層金屬電極彼此 含：：項！6之15件’其中該-或多個第五層金屬電極包 二、-複數個電極相互交又之第一複數個電極。 :明求項18之器件，其中該第-複數個第五層金屬電極 彼此電搞技，日甘+ 5亥第二複數個第五層金屬電極彼此 電耗接。 ^明求項1 8之器件，其中該第—複數個第—層金屬電極 麵接至°亥第一複數個第五層金屬電極，且其中該第二 複數個第一層金屬電極電耦接至該第一複數個第五層金 屬電極。 如請求項16至20中任一項之器件，其中該一或多個第一 層金屬電極包含以下各項中之一者：鋁、鉑、鉬、金、 銀、鎳或舒。 如叫求項16至20中任一項之器件，其中該一或多個第五 層金屬電極包含以下各項中之一者：鋁、鉑、鉬、金、 銀、鎳或釕。 如請求項16至20中任一項之器件，其中該第三金屬層包 148776.doc 201136153 含以下各項中之-者：鋁、銘、鉬、金、銀、鎳或釕。 24. 如請求項16至2〇中任一項之器件，其中該第一壓電材料 及該第二㈣材料包含以下各項中之—者：氮化紹、氧 化辞、鍅鈦酸鉛、石英：砷化鎵或鈮酸鋰。 25. 如請求項16至辦任—項之器件，其中該—或多個第— 層：屬電極具有沿著該一維度之—寬度，該寬度並非與 該一或多個第一層金屬電極相關聯的一全部半週期。 Ο 〇 %·如請求項16至辦任—項之器件，其中該—或多個第五 層：屬電極具有沿著該一維度之—寬度，該寬度並非與 該—或多個第—層金屬電極相關聯的-全部半週期。 27_ —種壓電共振器器件，其包含： 上々第一層，其包括一或多個第一層金屬電極，其中在 :亥弟一層之—第-區域中包括沿著-維度的-第一層週 d性結構，該第一 金 層m、，。構包含该-或多個第一層 ’屬電極中之一者及一無第一層金屬電極之空間； 第一層，其包含一第一壓電材料， 近於該第一層； ί亥第一層鄰 望=第二層’其包括-或多個第三層金屬電極，其中該 二層鄰近於該第二層、與該第一層相對； 第四層，其包含一第二壓電材 近於該第三層、與該第二層相對;及亥第四層鄰 第五層’其包括一或多個第五層金屬電極，其中誃 層鄰近於該第四層、與該第 第五層之對’且其中在該 第—£域中包括沿著該一維度之—第五層週 148776.doc 201136153 ::結構’該第五層週期性結構包含該— 金屬：極中之一者及_無第五層金屬電極之：固第五層 一苐六層，其鄰近於嗜第之間；及 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 4弟五層、與該第 如請求項27之器件，m勺入 弟四層相對。 如請求項28之器件，今憾耗材料。 该低聲知耗材料係選自 組成之群：矽、藍寶 以下各物 板買石、鎳、金剛石、二 矽。 —氕化矽及碳化 如請求項27之器件，嗲笛> η亥第六層具有實質上與 似之橫向尺寸。 、μ第二層類 如請求項27至30中任—項之器件，其中 層金屬雷搞白人I、， 或多個第一 2金“極包U下各射之—者U 銀、鎳或釕。 鉬、金、 如請求項27至30中任一項之器件，其中該 # 層金屬電極包含以下各項中 Λ 3夕個第五 、中之者目、金、 =請求項27至30中任—項之器件，其中該第三金屬層包 3以下各項中之—者：銘、翻、銦、金、銀、鎳或釕。 如請求項27至辦任―項之器件，其中該第—壓電材料 及該第二壓電材料包含以下各項中之一者：能化銘、氧 化辞、锆鈦酸鉛、石英、砷化鎵或鈮酸鋰。 如請求項27至3〇中任一項之器件，其中該-或多個第一 層金屬電極具有沿著該—維度之—寬度，該寬度並非與 該一或多個第—層金屬電極相關聯的一全部半週期。 如請求項27至30中任一項之器件’其中該—或多個第五 148776.doc 201136153 層金屬電極具有沿著該一維度之一寬度，該寬度並非與 該一或多個第一層金屬電極相關聯的一全部半週期。

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