TW202002304A - 藉由在鈮酸鋰濾波器中增加高速層之虛剪切水平模式的頻率控制 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種電子裝置，其包括：一第一表面聲波(SAW)諧振器及一第二SAW諧振器，每一者包含交錯之叉指換能器(IDT)電極，該等第一及第二SAW諧振器形成於一同一壓電基板上，該第一SAW諧振器具有IDT電極，其等具有與該第二SAW諧振器之該等IDT電極不同的一指節距；一介電材料層，其安置於該等第一及第二SAW諧振器之該等IDT電極上；及一高速層，其安置在安置於該第一SAW諧振器之該等IDT電極上之該介電材料層內，該第二SAW諧振器缺乏安置在安置於該等IDT電極上之該介電材料層內之一高速層。

Description

藉由在鈮酸鋰濾波器中增加高速層之虛剪切水平模式的頻率控制
在資訊通信裝置(舉例而言，行動電話)領域中，存在在裝置內包含額外特徵之一增加之期望，同時亦維持或減小由裝置之電子電路佔用的空間。各種資訊通信裝置包含濾波器以界定該等裝置以其傳輸及接收信號之頻帶。此等濾波器可包含形成於壓電基板上的表面聲波元件。一種用於減小此等濾波器之大小的方法可包含形成用於一單個積體電路中之一濾波器或一單個積體電路內之多個濾波器的多個表面聲波元件。
根據本文中所揭示之一態樣，提供一種電子裝置。該電子裝置包括：一第一表面聲波(SAW)諧振器及一第二SAW諧振器，每一者包含交錯之叉指換能器(IDT)電極，該等第一及第二SAW諧振器形成於一同一壓電基板上，該第一SAW諧振器具有IDT電極，其等具有與該第二SAW諧振器之該等IDT電極不同的一指節距；一介電材料層，其安置於該等第一及第二SAW諧振器之該等IDT電極上；及一高速層，其安置在安置於該第一SAW諧振器之該等IDT電極上的該介電材料層內，該第二SAW諧振器缺乏安置在安置於該等IDT電極上之該介電材料層內之一高速層。
在某些實施例中，該第一SAW諧振器展現一剪切波虛模式，其具有高於該第一SAW諧振器之一瑞利(Rayleigh)振動模式之一反諧振頻率的一諧振頻率。
在某些實施例中，該等第一及第二SAW諧振器彼此電耦合且包含於一梯形濾波器中，該梯形濾波器包含：至少一個串聯SAW諧振器，其串聯地電耦合於該梯形濾波器之一輸入埠與一輸出埠之間；及至少一個並聯SAW諧振器，其電連接於該至少一個串聯SAW諧振器之一端子與接地之間。
在某些實施例中，該剪切波虛模式之該諧振頻率發生於該梯形濾波器之一通帶之外的一頻率處。
在某些實施例中，相對於該第一SAW諧振器之該指節距之該壓電基板之一切削角度及該介電材料層之一厚度經選擇以最小化該剪切波虛模式之該諧振頻率處之一剪切波的一強度。
在某些實施例中，該介電層包括二氧化矽。
在某些實施例中，該高速層包括氮化矽、氮氧化矽、氮化鋁、氧化鋁或金剛石中之一或多者。
在某些實施例中，藉由該高速層將該第一SAW諧振器之該介電層分裂為一上部層及一下部層。
在某些實施例中，該高速層係位於該第一SAW諧振器之該等IDT電極上方該介電材料之該厚度的約0%與約40%之間。
在某些實施例中，該電子裝置包含於一電子裝置模組中。該電子裝置模組可係一射頻裝置模組。
根據另一態樣，提供一種電子裝置。該電子裝置包括：一第一濾波器及一第二濾波器，每一者包含：表面聲波(SAW)諧振器，其等安置於一同一壓電基板上，該第一濾波器具有與該第二濾波器之一通帶不同的一通帶；一介電膜，其覆蓋該等第一及第二濾波器之該等SAW諧振器；及一高速層，其安置於覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器之該介電膜內，該第二濾波器包含缺乏該高速層之一或多個SAW諧振器。
在某些實施例中，覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之至少一者之該介電膜具有與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之至少一者之該介電膜不同的一厚度。
在某些實施例中，覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一正規化高度係與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之該正規化高度不同。
在某些實施例中，安置於覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層具有與安置於覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層相同的一厚度。
在某些實施例中，安置於覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層具有與安置於覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層不同的一厚度。
在某些實施例中，覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一正規化厚度係與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之該正規化厚度相同。
在某些實施例中，覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器之該介電膜包含：一上部部分，其安置於該高速層之一上部表面上；及一下部部分，其安置於該高速層之一下部表面與該第一濾波器之該等SAW諧振器中之至少一者之叉指換能器電極之上部表面之間。
在某些實施例中，覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜之該下部部分之一厚度具有與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜之該下部部分不同的一厚度。
在某些實施例中，覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一正規化高度係與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之該正規化高度相同。
在某些實施例中，覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一正規化厚度係與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之該正規化厚度不同。
在某些實施例中，覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一厚度具有與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層不同的一厚度。
在某些實施例中，其中覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一正規化厚度係與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之該正規化厚度相同。
在某些實施例中，該第一濾波器或該第二濾波器中之至少一者係一梯形濾波器，其包含複數個串聯諧振器及複數個並聯諧振器，該高速層係安置於覆蓋該複數個串聯諧振器中之至少一者及該複數個並聯諧振器中之至少一者之該介電膜內。
在某些實施例中，該第一濾波器或該第二濾波器中之至少一者係一多模式SAW濾波器。
在某些實施例中，該第一濾波器或該第二濾波器中之至少一者係一雙模式SAW濾波器。
在某些實施例中，該電子裝置包含於一電子裝置模組中。該電子裝置模組可係一射頻裝置模組。
根據另一態樣，提供一種表面聲波(SAW)諧振器。該SAW諧振器包括：一交錯之叉指換能器(IDT)電極；一介電材料層，其安置於該SAW諧振器之該IDT電極上；及一高速層，其安置在安置於該SAW諧振器之該IDT電極上的該介電材料層內。
在某些實施例中，與缺乏該高速層之一大致類似SAW諧振器相比，該高速層具有足以致使該SAW諧振器之一諧振頻率之一頻率溫度係數移位得更接近零的尺寸。
在某些實施例中，該IDT電極包含至少兩個層之一堆疊，該等層中之每一者包含一不同材料。
相關申請案之交互參考
本申請案依據35 U.S.C. § 119(e)主張於2018年6月13日提出申請、標題為藉由在鈮酸鋰濾波器中增加高速層之虛剪切水平模式的頻率控制(FREQUENCY CONTROL OF SPURIOUS SHEAR HORIZONTAL MODE BY ADDING HIGH VELOCITY LAYER IN A LITHIUM NIOBATE FILTER)之美國臨時專利申請案第62/684,330號及於2018年7月2日提出申請、標題為藉由在鈮酸鋰濾波器中增加高速層之虛剪切水平模式的頻率控制(FREQUENCY CONTROL OF SPURIOUS SHEAR HORIZONTAL MODE BY ADDING HIGH VELOCITY LAYER IN A LITHIUM NIOBATE FILTER)之美國臨時專利申請案第62/693,027號的優先權。此等申請案中之每一者以全文引用方式併入本文中。
本文中所揭示態樣及實施例包含用於無線通信裝置之濾波器結構(其等在濾波器之通帶內展現低位準之虛剪切模式)及其製造方法。特定實施例包含梯形濾波器結構，其等包含具有介電塗層之聲波元件，介電塗層具有經選擇以在濾波器之通帶內達成一所期望參數(舉例而言，頻率溫度係數、品質因子及耦合係數)及最小虛剪切模式的組合物及厚度。
本文中所揭示態樣及實施例包含RF濾波器，其構建於一壓電基板(舉例而言，LiNbO3 或LiTaO3 )上且展現包含串聯及並聯諧振器的一梯形結構。該等諧振器可包含表面聲波(SAW)諧振器，其等包含由一介電膜(舉例而言，SiO2 )或若干介電膜(舉例而言，SiO2 及Si3 N4 )之一組合覆蓋之交錯之叉指換能器(IDT)電極。
圖1中呈現一SAW諧振器(整體以100來指示)之一實施例之一經簡化剖視圖。SAW諧振器100包含安置於一壓電基板110上之複數個IDT電極105。壓電基板110可由(舉例而言) LiNbO3 、LiTaO3 或另一壓電材料組成或者包括其。在圖1中所圖解說明之特定實施例中，壓電基板110係128YX切形LiNbO3 。複數個IDT電極105及壓電基板110係由一介電材料層115 (舉例而言，二氧化矽(SiO2 ))覆蓋。在本文中所揭示實施例中之任一者中，介電材料層115可由可提供SAW諧振器100之鈍化及頻率修整之一第二介電材料層(舉例而言，氮化矽(Si3 N4 ))覆蓋。出於簡化目的，圖中省略此第二介電材料層。IDT電極105在圖1中圖解說明為包含一下部層105A及一上部層105B。下部層105A可包含(舉例而言)鎢或鉬或者由其組成且上部層105B可包含(舉例而言)鋁或者由其組成。儘管本申請案之其他圖中所圖解說明IDT電極出於簡化目的而圖解說明為包含一單個材料層，但將理解，本文中所揭示實施例中之任一者中之IDT電極可由一單個材料形成或由多個不同材料層形成。
多個SAW諧振器可組裝在一起以形成一梯形濾波器。圖2中圖解說明一梯形濾波器之一部分之一實施例。梯形濾波器之部分包含：一單個串聯諧振器Res1，其串聯地定位於梯形濾波器之部分之輸入埠Port1與輸出埠Port2之間；及一單個並聯諧振器Res2，其並聯地電連接於串聯諧振器Res1之一端子與接地之間。諧振器Res1及Res2可具有不同諧振及反諧振頻率，其中串聯諧振器Res1通常具有較並聯諧振器Res2之諧振頻率高的一諧振頻率以及較並聯諧振器Res2之反諧振頻率高的一反諧振頻率。
圖3中圖解說明諧振器Res1及Res2以及梯形濾波器之部分之效能的一模擬。諧振器Res1及Res2之縱向波(瑞利)振動模式之阻抗參數Y21的曲線展現不連續性，指示於305及310處，此歸因於在操作期間產生之剪切波振動模式的存在。諧振器Res1及Res2之阻抗參數曲線中的不連續性導致梯形濾波器之自Port1至Port2之傳輸參數S21的不連續性，指示於315及320處。不連續性315及320係不期望的，此乃因其等使梯形濾波器之效能降級。
可調整之SAW諧振器之各種參數包含IDT電極105之間的間距(此又界定諧振器之諧振頻率之波長λ)、介電層115之厚度hSiO2 及壓電晶體基板之切削角度。圖4中圖解說明此等參數，其中壓電晶體基板之切削角度被指定為「xxx」。
介電層115之厚度hSiO2 影響一SAW諧振器之頻率溫度係數(TCF)及IDT電極105與壓電基板110之間的耦合係數k2 ，如圖5中所圖解說明。因此，介電層115之相對厚度hSiO2 /λ通常經選擇以在一SAW諧振器中達成此等參數之所期望值。一旦介電層115之相對厚度hSiO2 /λ經選擇，便可選擇壓電晶體基板之切削角度xxx以最小化剪切波虛信號之強度。如圖6中所圖解說明，129度之一切削角度可經選擇以在一SAW諧振器(具有介於25%與30%之間之介電層的一相對厚度hSiO2 /λ)之一實施例中最小化剪切波虛信號，而(舉例而言)約127度之一較淺切削角度可適合於在一SAW諧振器(具有大於約35%之介電層的一相對厚度hSiO2 /λ)之一實施例中抑制剪切波虛信號。
在某些實施例中，舉例而言，如圖7中示意性地圖解說明，可在一共同壓電基板上之一單個晶片中形成具有不同諧振器Res1-Res8之多個濾波器部分(指示為濾波器部分f 1 、f 2 、f 3 及f 4 )，不同諧振器Res1-Res8具有不同諧振頻率(且因此不同λ參數)。由於不同濾波器部分f 1 、f 2 、f 3 及f 4 之不同諧振器之λ參數可係不同的，因此可期望覆蓋不同濾波器部分之IDT電極之介電層的一不同厚度hSiO2 以獲得濾波器部分之每一諧振器之介電層的相對厚度hSiO2 /λ以針對每一濾波器部分之每一諧振器提供一所期望TCF及k2 。在對應於不同諧振器之位置中形成具有不同厚度之介電層115之區域呈現一製造挑戰。進一步，一旦諧振器中之每一者之介電層的相對厚度hSiO2 /λ經選擇，便不可針對諧振器中之每一者單獨選擇壓電晶體基板之切削角度以在濾波器部分中之每一者中抑制虛剪切波信號，此乃因濾波器部分係各自形成於同一基板上。
已發現，藉由增加具有較介電層115內之介電材料高的一聲速之一材料之一層，可使歸因於剪切波虛模式之產生而發生一SAW諧振器之阻抗參數曲線中之不連續性之頻率移位。具有較介電層115高的聲速之材料層可稱為一「高速層」。圖8中圖解說明在一SAW諧振器(大體上以800指示)之一實施例中包含一高速層805之一實例。在其中介電層115係SiO2 之實施例中，高速層805可包含Si3 N4 、氮氧化矽(SiOx Ny )、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2 O3 )、金剛石或此項技術中已知之具有較SiO2 高的一聲速之其他材料或由其組成。高速層805之厚度在圖8中指示為h且高速層805之相對厚度在本文中稱為h/λ。
在其中藉由高速層805將介電層115分裂為一上部部分115A及一下部部分115B之實施例中，上部部分115A與下部部分115B之厚度之總和被視為介電層115之厚度hSiO2 。在其中藉由高速層805將介電層115分裂為一上部部分115A及一下部部分115B之實施例中，上部部分115A及下部部分115B在本文中統稱為介電層115。與具有相同相對厚度hSiO2 /λ但不具有高速層805之諧振器相比，高速層805之存在可對具有一介電層115 (具有相對厚度hSiO2 /λ)之一諧振器的TCF及k2 參數產生一影響。因此，在其中將一高速層805增加至具有一相對厚度hSiO2 /λ之一諧振器之介電層115以達成所期望TCF及k2 參數的實施例中，介電層115之相對厚度hSiO2 /λ可經調整以補償高速層805對TCF及k2 參數的一影響。
圖9A至圖9C中展示在如圖8中圖解說明之一諧振器之介電層115中包含高速層805的影響。圖9A圖解說明不具有高速層(一相對厚度h/λ為零)之諧振器之阻抗參數Y21曲線。阻抗參數曲線中之一不連續性905在諧振器之諧振頻率910與反諧振頻率915之間係顯而易見的。圖9B圖解說明在如圖8中所圖解說明的一諧振器之介電層115中增加具有1%之一相對厚度h/λ之一高速層805的影響。與圖9A中所圖解說明的彼不連續性相比，高速層805之增加使阻抗參數曲線中之不連續性905移位高於反諧振頻率915且亦減少不連續性905之量值。圖9C圖解說明在如在圖8中所圖解說明的一諧振器之介電層115中增加具有4%之一相對厚度h/λ之一高速層805的影響。與圖9B中所圖解說明的彼不連續性相比，阻抗參數曲線中之不連續性905進一步向上移位且在量值上進一步減少。
圖10圖解說明當一高速層805包含於如圖8中所圖解說明的濾波器之諧振器之介電層115中時，對類似於圖2中所圖解說明的彼濾波器之一濾波器之濾波器效能的影響。將圖10中所圖解說明的傳輸參數曲線1005與圖3中所圖解說明的彼曲線相比，顯而易見地，歸因於發生諧振器之阻抗參數曲線中之不連續性305、310之頻率之移位，在圖3中於315處指示之阻抗參數曲線中之不連續性已消除且在圖3中於320處指示之不連續性已在量值上顯著減小並且在頻率上有效地移位出濾波器之通帶。
返回至圖9A至圖9C，一諧振器之縱向模式阻抗參數曲線中之不連續性905可對應於該諧振器中一剪切波振動模式中之一諧振。如圖10中所圖解說明，可藉由增加諧振器之縱向波振動模式(瑞利模式)的反諧振頻率與諧振器之剪切波振動模式的諧振頻率之間的頻率差異來改良包含SAW諧振器之一梯形濾波器的效能。此頻率差異在圖11中圖解說明為頻率差異d。頻率差異d可係一諧振器之介電層115中之高速層805之厚度與高速層805之位置兩者的一函數。舉例而言，如圖12中所圖解說明，頻率差異d (圖12中之「SHf s – 瑞利f p 」參數)隨著高速層805之相對厚度h/λ (圖12中之「SiN厚度/λ」參數)而增加。在某些實施例中，高速層805之相對厚度h/λ係介於約0.1%與約5%之間。儘管隨著高速層805在介電層115中之位置自介電層115之厚度之20%減少為0%，頻率差異d有所減少，但隨著高速層805在介電層115中之一位置減少，頻率差異d亦大體上增加。高速層805在介電層115中之位置在本文中闡述為安置於高速層805之下部表面下方之介電層115的一個百分比厚度 - 圖8中所圖解說明之距離t/T之間的比率。圖13A及圖13B中進一步圖解說明高速層805所位於之介電層115之百分比厚度之意義。如圖13A中所圖解說明，介電層115之厚度之100%處的一位置係整個介電層115之頂部上的一位置。如圖13B中所圖解說明，介電層115之厚度之0%處的一位置係直接在介電層115中之IDT電極105之頂部上的一位置。
一諧振器之耦合係數k2 及品質因子Q亦可取決於高速層805在介電層115中之厚度及位置。如圖14中所圖解說明，一諧振器之耦合係數k2 可隨著高速層805之相對厚度(SiN厚度/λ)之增加而減少且隨著高速層805在介電層115中之位置之一高度之減少而增加。類似地，如圖15中所圖解說明，一諧振器之品質因子(Q)可隨著高速層805之相對厚度(SiN厚度/λ)之增加而減少且隨著高速層805在介電層115中之位置之一高度之減少而增加。
鑒於圖12、圖14及圖15中所圖解說明之關係，當高速層805在介電層115中之位置的高度在IDT電極105之頂部上方小於介電層115之厚度之約40%但大於介電層115之厚度之約2%時，可達成所期望諧振器參數。高速層805之相對厚度h/λ (或如圖12、圖14及圖15中所圖解說明之SiN厚度/λ)可經選擇以在於一諧振器之縱向波振動模式(瑞利模式)之反諧振頻率與剪切波振動模式之諧振頻率之間的頻率差異、諧振器之品質因子及諧振器之耦合係數之間達成一所期望平衡。
在圖16B中圖解說明諧振頻率之TCF隨著如圖16A中所圖解說明之一諧振器(具有安置於介電層115內之一高速層805)之相對介電層厚度hSiO2 /λ之一改變的一改變。介電層厚度hSiO2 係介電膜115之上部部分115A之厚度與介電膜115之下部部分115B之厚度的總和。圖16B中亦圖解說明針對類似於圖16A之彼諧振器但在介電層115中未安置一高速層805之一諧振器，諧振頻率之TCF隨著相對介電層厚度hSiO2 /λ之一改變的改變，以供比較。圖16C中圖解說明圖16A之諧振器之反諧振頻率之TCF隨著相對介電層厚度hSiO2 /λ之一改變的一改變。圖16C中亦圖解說明針對類似於圖16A之彼諧振器但在介電層115中未安置一高速層805之一諧振器，反諧振頻率之TCF隨著相對介電層厚度hSiO2 /λ之一改變的一改變，以供比較。如可在圖16B及圖16C中所見，藉由在介電膜層115中包含高速層805來改良諧振頻率及反諧振頻率兩者之TCF (移位成更接近零)。
一梯形濾波器可包含：複數個串聯諧振器，其等串聯地電耦合於一輸入埠與一輸出埠之間；及複數個並聯諧振器，其等連接於串聯諧振器之端子與接地之間。圖17中示意性地圖解說明一梯形濾波器之一項實例，其中串聯諧振器指示於S1、S2、S3及S4處且並聯諧振器指示於P1、P2及P3處。在某些實施例中，一高速層805可形成於僅其中希望調整一TCF之彼等諧振器或僅展現在其等各別諧振與反諧振頻率之間以下之一虛剪切波之彼等諧振器的介電層115中。在諸如於圖17中所圖解說明之一梯形濾波器之某些實施例中，僅並聯諧振器中之一者或一子集(舉例而言，諧振器P3)或者另一選擇係串聯諧振器S1、S2、S3及S4中之一者或一子集可包含形成於覆蓋諧振器之IDT電極之一介電層115中的一高速層805，而其他諧振器不包含形成於覆蓋各別其他諧振器之各別IDT電極之一介電層115中的一高速層805。
對於包含形成於(舉例而言)如圖7中所圖解說明之一共同壓電基板上之多個濾波器之實施例，僅濾波器之一子集可包含具有形成於覆蓋濾波器之子集之一或多個諧振器之IDT電極之介電層115中之一高速層805的諧振器。另一選擇係，僅濾波器之一子集可包含缺乏高速層805之一諧振器，舉例而言，在圖7中示意性圖解說明之晶片中，濾波器f 1 及f 4 可具有形成於覆蓋濾波器之一或多個諧振器之IDT電極之介電層115中之一高速層805，而濾波器f 2 及f 3 不具有。另一選擇係，濾波器f 1 、f 2 、f 3 及f 4 中之每一者可包含至少一個諧振器，其包含安置於一各別介電層115中之一高速層805。在某些實施例中，在具有形成於覆蓋濾波器之一或多個諧振器之IDT電極的介電層115中之一高速層805之濾波器中，高速層805可形成於至少一個串聯諧振器及至少一個並聯諧振器上方。在其他實施例中，在具有形成於覆蓋濾波器之一或多個諧振器之IDT電極的介電層115中之一高速層805之濾波器中，高速層805可形成於串聯諧振器中之每一者及並聯諧振器中之每一者上方。
在具有諧振器(具有不同諧振及反諧振頻率)之一濾波器中或在包含濾波器(具有不同通帶)之一晶片中，可根據不同準則選擇不同諧振器或濾波器中之介電層115之上部部分115A及下部部分115B以及高速層805的相對厚度。在包含一第一濾波器f 1 及一第二濾波器f 2 之一晶片1800之一項實例中，其中濾波器f 1 之通帶係在較濾波器f 2 之通帶低的一頻率處，濾波器f 1 中之諧振器之IDT電極105可具有較濾波器f 2 之諧振器中之IDT電極105大的週期。在某些實施例中，具有較窄(較少)IDT電極週期的諧振器上之介電層155上的上部部分115A可經回蝕以對準具有較大IDT電極週期之諧振器及具有較窄IDT電極週期之諧振器中之正規化厚度hSiO2 /λ。對準具有較大IDT電極週期之諧振器及具有較窄IDT電極週期之諧振器中之正規化厚度hSiO2 /λ可提供具有類似耦合係數k2 、TCF及剪切模式虛信號位準之不同諧振器(參見圖5及圖6)。圖18中圖解說明此實施例之一實例。
在對晶片1800之一修改中，安置於濾波器f 2 之諧振器中之IDT電極105上方的高速層805可經回蝕以對準兩個濾波器之諧振器之間的正規化厚度h/λ。此可為不同諧振器提供縱向波振動模式(瑞利模式)之反諧振頻率與剪切波振動模式之諧振頻率之間的類似頻率差異、類似品質因子及類似耦合係數k2 (參見圖12、圖14及圖15)。圖19中於1900處大體上圖解說明此實施例之一實例。
在包含一第一濾波器f 1 及一第二濾波器f 2 之一晶片2000之另一實施例中，其中濾波器f 1 之通帶係在較濾波器f 2 之通帶低的一頻率處，且濾波器f 1 中之諧振器之IDT電極105具有較濾波器f 2 之諧振器中之IDT電極105大的一週期，安置於濾波器f 2 之諧振器中之IDT電極105上方之介電膜115之下部部分115B可經回蝕以對準不同濾波器之諧振器之間之介電層115內之高速層805的正規化高度。此可在不同諧振器中之每一者中提供縱向波振動模式(瑞利模式)之反諧振頻率與剪切波振動模式之諧振頻率之間的頻率差異、品質因子及耦合係數k2 的最佳化。(參見圖12、圖14及圖15)。圖20中圖解說明此實施例之一實例。
在對晶片2000之一修改中，安置於濾波器f 2 之諧振器中之IDT電極105上方的高速層805可經回蝕以對準兩個濾波器之諧振器之間的正規化厚度h/λ。此可為不同諧振器提供縱向波振動模式(瑞利模式)之反諧振頻率與剪切波振動模式之諧振頻率之間的類似頻率差異、類似品質因子及類似耦合係數k2 (參見圖12、圖14及圖15)。在圖21中於2100處大體上圖解說明此實施例之一實例。
可將圖18至圖21中所圖解說明之介電層115及高速層85之厚度的一不同組合應用於一單個濾波器內之不同諧振器或不同濾波器中之不同諧振器。
本文中所揭示態樣及實施例中之任一者可用於一SAW諧振器(此一實例圖解說明於圖22A中)或一多模式SAW濾波器(此一實例圖解說明於圖22B)中。圖22B之多模式SAW濾波器可係一雙模式SAW濾波器(一DMS濾波器)。
如在上文所參考實施例中之任一者中所圖解說明之濾波器可用於一寬範圍之電子裝置中。
參考圖23，圖解說明一前端模組2200之一項實例之一方塊圖，舉例而言，前端模組2200可用於一電子裝置(諸如一無線通信裝置(例如，一行動電話))中。前端模組2200包含一天線雙工器2210，其具有一共同節點2212、一輸入節點2214及一輸出節點2216。一天線2310連接至共同節點2212。前端模組2200進一步包含：一傳輸器電路2232，其連接至雙工器2210之輸入節點2214；及一接收器電路2234，其連接至雙工器2210之輸出節點2216。傳輸器電路2232可產生用於經由天線2310傳輸之信號，且接收器電路2234可接收及處理經由天線2310接收之信號。在某些實施例中，接收器及傳輸器電路實施為獨立組件，如圖23中所展示；然而在其他實施例中，此等組件可整合至一共同收發器電路或模組中。如熟悉此項技術者將瞭解，前端模組2200可包含未在圖23中圖解說明之其他組件，包含但不限於開關、電磁耦合器、放大器、處理器及類似者。
天線雙工器2210可包含：一或多個傳輸濾波器2222，其連接於輸入節點2214與共同節點2212之間；及一或多個接收濾波器2224，其連接於共同節點2212與輸出節點2216之間。傳輸濾波器之通帶係與接收濾波器之通帶不同。傳輸濾波器2222及接收濾波器2224中之每一者可包含如本文中所揭示之一濾波器之一實施例。可在共同節點2212處連接一電感器或其他匹配組件2240。
在某些實例中，在傳輸濾波器2222及/或接收濾波器2224中使用之聲波元件係安置在一單個壓電基板上。此結構減小溫度改變對各別濾波器之頻率回應之影響，特定而言，減少歸因於溫度改變之濾波器之通過或衰減特性之降級，此乃因濾波器中之每一者中之每一聲波元件回應於環境溫度之改變而類似地改變。在其中存在歸因於熱透過基板自濾波器中之第二者轉移至濾波器中之第一者之濾波器中之第一者之一溫度改變之例項中，在濾波器中之一第一者中之介電膜中使用一高速層可進一步減小通過或衰減特性之降級。此外，此配置(係安置於單個壓電基板上)亦可允許傳輸濾波器2222或接收濾波器2224具有一小大小。
圖24係包含圖23中所展示天線雙工器2210之一無線裝置2300之一項實例之一方塊圖。無線裝置2300可係一蜂巢式電話、智慧電話、平板電腦、數據機、通信網路或經組態用於話音或資料通信之任何其他可攜式或非可攜式裝置。無線裝置2300可自天線2310接收及傳輸信號。無線裝置包含類似於上文參考圖23所論述之彼前端模組的一前端模組2200’之一實施例。如上文所論述，前端模組2200’包含雙工器2210。在圖24中所展示的實例中，前端模組2200’進一步包含一天線開關2250，舉例而言其可經組態以在不同頻帶或模式(諸如傳輸及接收模式)之間切換。在圖24中所圖解說明的實例中，天線開關2250定位於雙工器2210與天線2310之間；然而，在其他實例中，雙工器2210可定位於天線開關2250與天線2310之間。在其他實例中，天線開關2250及雙工器2210可整合至一單個組件中。
前端模組2200’包含一收發器2230，其經組態以產生用於傳輸之信號或處理所接收之信號。收發器2230可包含：傳輸器電路2232，其可連接至雙工器2210之輸入節點2214；及接收器電路2234，其可連接至雙工器2210之輸出節點2216，如圖23之實例中所展示。
由傳輸器電路2232產生用於傳輸之信號係由一功率放大器(PA)模組2260接收，其放大來自收發器2230之所產生信號。功率放大器模組2260可包含一或多個功率放大器。功率放大器模組2260可用以放大一寬泛種類之RF或其他頻帶傳輸信號。舉例而言，功率放大器模組2260可接收一啟用信號，其可用於對功率放大器之輸出加以脈衝以輔助傳輸一無線區域網路(WLAN)信號或任何其他適合脈衝信號。功率放大器模組2260可經組態以放大各種類型信號中之任一種，包含(舉例而言)一全球行動系統(GSM)信號、一碼分多重存取(CDMA)信號、一W-CDMA信號、一長期演進(LTE)信號或一EDGE信號。在某些實施例中，可使用(舉例而言)高電子移動性電晶體(pHEMT)或絕緣閘雙極電晶體(BiFET)在砷化鎵(GaAs)基板上，或者使用互補金屬氧化物半導體(CMOS)場效應電晶體在一矽基板上製作功率放大器模組2260及包含開關及類似者之相關聯組件。
仍參考圖24，前端模組2200’可進一步包含一低雜訊放大器模組2270，其放大來自天線2310之所接收之信號並將經放大信號提供至收發器2230之接收器電路2234。
圖24之無線裝置2300進一步包含一功率管理子系統2320，其連接至收發器2230並管理用於無線裝置2300之操作之功率。功率管理系統2320亦可控制無線裝置2300之一基帶子系統2330及各種其他組件的操作。功率管理系統2320可包含或可連接至為無線裝置2300之各種組件供應電力的一電池(未展示)。功率管理系統2320可進一步包含可控制信號之傳輸(舉例而言)之一或多個處理器或控制器。在一項實施例中，基帶子系統2330係連接至一使用者介面2340以促進將話音及/或資料提供至使用者以及自使用者接收話音及/或資料之各種輸入及輸出。基帶子系統2330亦可連接至一記憶體2350，其經組態以儲存資料及/或指令來促進無線裝置之操作，及/或提供用於使用者之資訊之儲存。
上文已闡述至少一項實施例之數個態樣，應瞭解，熟悉此項技術者將易於做出各種變更、修改及改良。此類變更、修改及改良意欲為本發明之部分且意欲在本發明之範疇內。應瞭解，本文中所論述的方法及設備之實施例在應用中不限於前述闡述中所陳述或附圖中所圖解說明之組件之構造及配置的細節。該等方法及設備能夠在其他實施例中實施且能夠以各種方式實踐或實施。特定實施方案之實例在本文中僅出於說明性目的而提供且不意欲具限制性。本文中所揭示之任一實施例之一或多項特徵可增加至或替代任何其他實施例之任何一或多項特徵。此外，本文中所使用的措辭及術語係出於闡述目的且不應視為具限制性。本文中使用「包含(including)」、「包括(comprising)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「涉及(involving)」及其變化形式意指囊括其後所列舉之項目及其等效物以及額外項目。對「或」之提及可解釋為包含性的，使得使用「或」所闡述之任何術語可指示一單個、一個以上及所有所闡述術語中之任一者。對前及後、左及右、頂部及底部、上部及下部以及垂直及水平之任何提及意欲出於方便說明，而不意欲將本發明系統及方法或其等組件限制於任何一個位置及空間定向。因此，前述說明及圖式係僅藉由實例之方式。
100‧‧‧表面聲波諧振器 105‧‧‧交錯之叉指換能器電極 105A‧‧‧下部層 105B‧‧‧上部層 110‧‧‧壓電基板 115‧‧‧介電材料層/介電層/介電膜/介電膜層/各別介電層 115A‧‧‧上部部分 115B‧‧‧下部部分 305‧‧‧不連續性 310‧‧‧不連續性 315‧‧‧不連續性 320‧‧‧不連續性 800‧‧‧表面聲波諧振器 805‧‧‧高速層 905‧‧‧不連續性 910‧‧‧諧振頻率 915‧‧‧反諧振頻率 1005‧‧‧傳輸參數曲線 1800‧‧‧晶片 1900‧‧‧晶片 2000‧‧‧晶片 2100‧‧‧晶片 2200‧‧‧前端模組 2200’‧‧‧前端模組 2210‧‧‧天線雙工器/雙工器 2212‧‧‧共同節點 2214‧‧‧輸入節點 2216‧‧‧輸出節點 2222‧‧‧傳輸濾波器 2224‧‧‧接收濾波器 2230‧‧‧收發器 2232‧‧‧傳輸器電路 2234‧‧‧接收器電路 2240‧‧‧電感器或其他匹配組件 2250‧‧‧天線開關 2260‧‧‧功率放大器模組 2270‧‧‧低雜訊放大器模組 2300‧‧‧無線裝置 2310‧‧‧天線 2320‧‧‧功率管理子系統/功率管理系統 2330‧‧‧基帶子系統 2340‧‧‧使用者介面 2350‧‧‧記憶體 d‧‧‧頻率差異f 1‧‧‧濾波器部分/濾波器/第一濾波器f 2‧‧‧濾波器部分/濾波器/第二濾波器f 3‧‧‧濾波器部分/濾波器f 4‧‧‧濾波器部分/濾波器 h‧‧‧厚度 h/λ‧‧‧相對厚度/正規化厚度 hSiO2‧‧‧厚度/不同厚度/介電層厚度 hSiO2/λ‧‧‧相對厚度/相對介電層厚度 k2‧‧‧耦合係數 RES1‧‧‧單個串聯諧振器/串聯諧振器/諧振器 RES2‧‧‧單個並聯諧振器/並聯諧振器/諧振器 RES3‧‧‧諧振器 RES4‧‧‧諧振器 RES5‧‧‧諧振器 RES6‧‧‧諧振器 RES7‧‧‧諧振器 RES8‧‧‧諧振器 P1‧‧‧並聯諧振器 P2‧‧‧並聯諧振器 P3‧‧‧並聯諧振器 PORT1‧‧‧輸入埠 PORT2‧‧‧輸出埠 S1‧‧‧串聯諧振器 S2‧‧‧串聯諧振器 S3‧‧‧串聯諧振器 S4‧‧‧串聯諧振器 t‧‧‧距離 T‧‧‧距離 λ‧‧‧波長
下文參考附圖論述至少一個實施例的各種態樣，該等附圖並不意欲按比例繪製。各圖經包含以提供對各種態樣及實施例的圖解說明及一進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書的一部分，但並不意欲作為對本發明之限制的一界定。在各圖中，圖解說明於各種圖中之每一等同或幾乎等同的組件均由一相似編號表示。出於清晰目的，並非每個組件均可標示於每個圖中。在該等圖中： 圖1係一表面聲波(SAW)諧振器之一部分之一剖視圖； 圖2係一梯形濾波器之一部分之一示意圖； 圖3圖解說明圖2之梯形濾波器之參數之頻率回應； 圖4圖解說明一SAW諧振器之設計參數； 圖5圖解說明在一SAW諧振器之一實施例中，耦合係數(k2 )及頻率溫度係數(TCF)隨著一介電層厚度的改變而改變； 圖6圖解說明在一SAW諧振器之一實施例中，剪切模式虛信號之強度隨著一介電層厚度及壓電基板切削角度的改變而改變； 圖7示意性地圖解說明包含複數個梯形濾波器之一積體電路之一實施例，複數個梯形濾波器包含形成於一共同壓電基板上之SAW諧振器； 圖8係包含一介電膜層及安置於該介電膜層內之一高速層之一SAW諧振器之一部分之一剖視圖； 圖9A圖解說明一剪切模式虛信號在一SAW諧振器之一阻抗參數曲線中之位置，該SAW諧振器在該SAW諧振器之一介電膜層內缺乏一高速層； 圖9B圖解說明一剪切模式虛信號在一SAW諧振器之一阻抗參數曲線中之位置，該SAW諧振器在該SAW諧振器之一介電膜層內具有具有一第一厚度之一高速層； 圖9C圖解說明一剪切模式虛信號在一SAW諧振器之一阻抗參數曲線中之位置，該SAW諧振器在SAW諧振器之一介電膜層內具有具有一第二厚度之一高速層； 圖10圖解說明包含諧振器之一梯形濾波器之參數之頻率回應，該等諧振器包含介電膜層及安置於介電膜層內之高速層； 圖11圖解說明在一SAW諧振器之一阻抗參數曲線中，一縱向振動模式之一反諧振頻率與一剪切模式虛信號之間的頻率差異； 圖12圖解說明隨著SAW諧振器之一介電膜內之高速層之高速層厚度及位置的一改變，在一SAW諧振器之一阻抗參數曲線中一縱向振動模式之一反諧振頻率與一剪切模式虛信號之頻率之間的差異； 圖13A係包含一介電膜層及安置於介電膜層內之一第一位置處之一高速層之一SAW諧振器之一部分之一剖視圖； 圖13B係包含一介電膜層及安置於介電膜層內之一第二位置處之一高速層之一SAW諧振器之一部分之一剖視圖； 圖14圖解說明一SAW諧振器之一阻抗參數曲線中之耦合係數(k2 )隨著SAW諧振器之一介電膜內之高速層之高速層厚度及位置的一改變而改變； 圖15圖解說明一SAW諧振器之一阻抗參數曲線中之品質因子隨著SAW諧振器之一介電膜內之高速層之高速層厚度及位置的一改變而改變； 圖16A係具有一介電層及安置於介電層之中心之一高速層之一SAW諧振器之一部分之一剖視圖； 圖16B圖解說明圖16A之諧振器之一縱向振動模式之諧振頻率之TCF隨著介電層厚度的改變而改變； 圖16C圖解說明圖16A之諧振器之一縱向振動模式之反諧振頻率之TCF隨著介電層厚度的改變而改變； 圖17係另一梯形濾波器之一示意圖； 圖18圖解說明形成於一共同壓電基板上之兩個濾波器之諧振器之膜厚度差異的一實例； 圖19圖解說明形成於一共同壓電基板上之兩個濾波器之諧振器之膜厚度差異的另一實例； 圖20圖解說明形成於一共同壓電基板上之兩個濾波器之諧振器之膜厚度差異的另一實例； 圖21圖解說明形成於一共同壓電基板上之兩個濾波器之諧振器之膜厚度差異的另一實例； 圖22A圖解說明一SAW諧振器之一實施例； 圖22B圖解說明一多模式SAW濾波器之一實施例； 圖23係其中可實施本文中所揭示濾波器中之任一者之一前端模組之一方塊圖；及 圖24係可實施本文中所揭示濾波器中之任一者之一無線裝置之一方塊圖。
f1‧‧‧濾波器部分/濾波器/第一濾波器
f2‧‧‧濾波器部分/濾波器/第二濾波器
f3‧‧‧濾波器部分/濾波器
f4‧‧‧濾波器部分/濾波器
RES1‧‧‧單個串聯諧振器/串聯諧振器/諧振器
RES2‧‧‧單個並聯諧振器/並聯諧振器/諧振器
RES3‧‧‧諧振器
RES4‧‧‧諧振器
RES5‧‧‧諧振器
RES6‧‧‧諧振器
RES7‧‧‧諧振器
RES8‧‧‧諧振器

Claims (31)

  1. 一種電子裝置，其包括： 一第一表面聲波(SAW)諧振器及一第二SAW諧振器，每一者包含交錯之叉指換能器(IDT)電極，該等第一及第二SAW諧振器形成於一同一壓電基板上，該第一SAW諧振器具有IDT電極，其等具有與該第二SAW諧振器之該等IDT電極不同的一指節距； 一介電材料層，其安置於該等第一及第二SAW諧振器之該等IDT電極上；及 一高速層，其安置在安置於該第一SAW諧振器之該等IDT電極上之該介電材料層內，該第二SAW諧振器缺乏安置在安置於該等IDT電極上之該介電材料層內之一高速層。
  2. 如請求項1之電子裝置，其中該第一SAW諧振器展現一剪切波虛模式，其具有高於該第一SAW諧振器之一瑞利振動模式之一反諧振頻率的一諧振頻率。
  3. 如請求項2之電子裝置，其中該等第一及第二SAW諧振器彼此電耦合且包含於一梯形濾波器中，該梯形濾波器包含：至少一個串聯SAW諧振器，其串聯地電耦合於該梯形濾波器之一輸入埠與一輸出埠之間；及至少一個並聯SAW諧振器，其電連接於該至少一個串聯SAW諧振器之一端子與接地之間。
  4. 如請求項3之電子裝置，其中該剪切波虛模式之該諧振頻率發生於該梯形濾波器之一通帶之外的一頻率處。
  5. 如請求項4之電子裝置，其中相對於該第一SAW諧振器之該指節距之該壓電基板之一切削角度及該介電材料層之一厚度經選擇以最小化該剪切波虛模式之該諧振頻率處之一剪切波的一強度。
  6. 如請求項5之電子裝置，其中該介電層包括二氧化矽。
  7. 如請求項6之電子裝置，其中該高速層包括氮化矽、氮氧化矽、氮化鋁、氧化鋁或金剛石中之一或多者。
  8. 如請求項7之電子裝置，其中藉由該高速層將該第一SAW諧振器之該介電層分裂為一上部層及一下部層。
  9. 如請求項8之電子裝置，其中該高速層係位於該第一SAW諧振器之該等IDT電極上方該介電材料之該厚度的約0%與約40%之間。
  10. 如請求項1之電子裝置，其包含於一電子裝置模組中。
  11. 如請求項10之電子裝置，其中該電子裝置模組係一射頻裝置模組。
  12. 一種電子裝置，其包括： 一第一濾波器及一第二濾波器，每一者包含安置於一同一壓電基板上之表面聲波(SAW)諧振器，該第一濾波器具有與該第二濾波器之一通帶不同的一通帶； 一介電膜，其覆蓋該等第一及第二濾波器之該等SAW諧振器；及 一高速層，其安置於覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器之該介電膜內，該第二濾波器包含缺乏該高速層之一或多個SAW諧振器。
  13. 如請求項12之電子裝置，其中覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之至少一者之該介電膜具有與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之至少一者之該介電膜不同的一厚度。
  14. 如請求項13之電子裝置，其中覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一正規化高度係與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之該正規化高度不同。
  15. 如請求項14之電子裝置，其中安置於覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層具有與安置於覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層相同的一厚度。
  16. 如請求項14之電子裝置，其中安置於覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層具有與安置於覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層不同的一厚度。
  17. 如請求項16之電子裝置，其中覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一正規化厚度係與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之該正規化厚度相同。
  18. 如請求項12之電子裝置，其中覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器之該介電膜包含：一上部部分，其安置於該高速層之一上部表面上；及一下部部分，其安置於該高速層之一下部表面與該第一濾波器之該等SAW諧振器中之至少一者之叉指換能器電極之上部表面之間。
  19. 如請求項18之電子裝置，其中覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜之該下部部分之一厚度具有與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜之該下部部分不同的一厚度。
  20. 如請求項19之電子裝置，其中覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一正規化高度係與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之該正規化高度相同。
  21. 如請求項20之電子裝置，其中覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一正規化厚度係與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之該正規化厚度不同。
  22. 如請求項18之電子裝置，其中覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一厚度具有與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層不同的一厚度。
  23. 如請求項22之電子裝置，其中覆蓋該第一濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之一正規化厚度係與覆蓋該第二濾波器之該等SAW諧振器中之該至少一者之該介電膜內之該高速層之該正規化厚度相同。
  24. 如請求項12之電子裝置，其中該第一濾波器或該第二濾波器中之至少一者係一梯形濾波器，其包含複數個串聯諧振器及複數個並聯諧振器，該高速層係安置於覆蓋該複數個串聯諧振器中之至少一者及該複數個並聯諧振器中之至少一者之該介電膜內。
  25. 如請求項12之電子裝置，其中該第一濾波器或該第二濾波器中之至少一者係一多模式SAW濾波器。
  26. 如請求項25之電子裝置，其中該第一濾波器或該第二濾波器中之至少一者係一雙模式SAW濾波器。
  27. 如請求項12之電子裝置，其包含於一電子裝置模組中。
  28. 如請求項27之電子裝置，其中該電子裝置模組係一射頻裝置模組。
  29. 一種表面聲波(SAW)諧振器，其包括： 一交錯之叉指換能器(IDT)電極； 一介電材料層，其安置於該SAW諧振器之該IDT電極上；及 一高速層，其安置在安置於該SAW諧振器之該IDT電極上之該介電材料層內。
  30. 如請求項29之諧振器，其中與缺乏該高速層之一大致類似SAW諧振器相比，該高速層具有足以致使該SAW諧振器之一諧振頻率之一頻率溫度係數移位得更接近零的尺寸。
  31. 如請求項29之諧振器，其中該IDT電極包含至少兩個層之一堆疊，該等層中之每一者包含一不同材料。
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