CN111490748B - 一种薄膜体声波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜体声波谐振器，包括：上电极、压电层、下电极、上温度补偿层、中温度补偿层和下温度补偿层；上、中、下温度补偿层内嵌于上电极、压电层和下电极中；上、中、下温度补偿层由分别由任意形状的柱形结构组成；其中，柱形结构呈周期性分布，形成上、中、下散射体；上、中、下温度补偿层的散射体结构与分别与上电极、压电层、下电极构成上、中、下声子晶体结构。本发明通过嵌入多层温度补偿结构，可以与压电层形成多层声子晶体结构，一方面可以改变谐振器的温度频率系数，实现频率随温度的零漂移；另一方面，声子晶体结构能够在特定工作频率范围内对杂波进行屏蔽和抑制，可以大大提高谐振器的Q值。
Description
技术领域
本发明涉及体声波谐振器领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器。
背景技术
5G时代的到来，体声波(BAW)滤波器被广泛用于移动射频领域。相比于声表面波(SAW)滤波器，BAW可以提供高Q值，陡峭的曲线，低插入损耗以及较高的隔离特性。
传统的薄膜体声波谐振器由顶电极，压电层，底电极组成三层复合结构，当在上下电极施加射频电压时，BAW谐振器会将电能转化为机械能。在厚度延伸模式被激发的同时，一些横向振动模式(寄生模式)也会被激发，进而影响谐振器的性能。另一方面，用于制作BAW谐振器的压电材料AlN、ZnO，电极材料Mo、Al等，大部分为负温度系数材料。进而，在外界工作温度变化的情况下，谐振器的工作频率会随着温度的变化而产生漂移。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中寄生模式和频率随温度漂移的缺陷，提供一种含有多层温度补偿层的薄膜体声波谐振器。在此基础上，周期性分布的温度补偿结构进一步形成声子晶体结构用于抑制寄生模式。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种薄膜体声波谐振器，包括：上电极、压电层、下电极、上温度补偿层、中温度补偿层和下温度补偿层；
其中，上温度补偿层内嵌于上电极中，中温度补偿层内嵌于压电层中，下温度补偿层内嵌于下电极中；
上温度补偿层、中温度补偿层和下温度补偿层由分别由任意形状的柱形结构组成；其中，柱形结构在同一平面内的间距呈周期性分布，形成上、中、下散射体；
进一步，上温度补偿层、中温度补偿层和下温度补偿层相互独立，上、中、下散射体间距不相同，且交替分布。
其中，上温度补偿层和下温度补偿层包含在上、下电极内部，或者贯穿上、下电极，中温度补偿层贯穿压电层；
进一步，上温度补偿层的散射体结构与上电极构成上声子晶体结构；
中温度补偿层的散射体结构与压电层构成中声子晶体结构；
下温度补偿层的散射体结构与下电极构成下声子晶体结构；
其中，上、中、下声子晶体结构可以构成三组带隙结构；
进一步，中声子晶体结构为二维结构；
上声子晶体结构和下声子晶体结构为一维结构或者二维结构；
进一步，温度补偿结构为负温度系数的低声阻抗薄膜材料，包括SiO2；
进一步，压电层为具有压电效应的薄膜材料，包括氮化铝、氧化锌、铌酸锂。
进一步，底电极和顶电极均为金属薄膜，该金属薄膜为金属材料，包括钼、铂、金。
本发明产生的有益效果是：本发明的薄膜体声波谐振器，通过嵌入多层温度补偿结构，可以与压电层形成多层声子晶体结构，一方面可以改变谐振器的温度频率系数，实现频率随温度的零漂移；另一方面，声子晶体结构利用材料特性差异产生声子带隙结构，在特定工作频率范围内对杂波进行屏蔽和抑制，而本发明采用上中下三层温度补偿层构成的声子晶体结构，增加了带隙结构的数量，扩大了抑制寄生模式的频率范围，大大提高谐振器的Q值。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一种实施例的剖面图；
图2是本发明另一种实施例剖面图；
图3是本发明一种实施例的俯视图；
图4是本发明另一实施例的剖面图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
图1提供一种薄膜体声波谐振器100，包括：上电极201、压电层202、下电极203、上温度补偿层204、中温度补偿层205和下温度补偿层206；
其中，上温度补偿层204内嵌于上电极201中，中温度补偿层205内嵌于压电层202中，下温度补偿层206内嵌于下电极203中；
上温度补偿层204、中温度补偿层205和下温度补偿层206由分别由任意形状的柱形结构组成；其中，柱形结构在同一平面内的间距呈周期性分布，形成上、中、下散射体；
上温度补偿层204、中温度补偿层205和下温度补偿层206相互独立，上、中、下散射体间距不相同，且交替分布。
其中，上温度补偿层204和下温度补偿层206贯穿上电极201和下电极202，中温度补偿层205贯穿压电层202；
上温度补偿层204的散射体结构与上电极201构成上声子晶体结构；
中温度补偿层205的散射体结构与压电层202构成中声子晶体结构；
下温度补偿层206的散射体结构与下电极203构成下声子晶体结构；
其中，上、中、下声子晶体结构可以构成三组带隙结构；
实施例2：
图2提供一种薄膜体声波谐振器100，包括：上电极201、压电层202、下电极203、上温度补偿层204、中温度补偿层205和下温度补偿层206；
其中，上温度补偿层204内嵌于上电极201中，中温度补偿层205内嵌于压电层202中，下温度补偿层206内嵌于下电极203中；
上温度补偿层204、中温度补偿层205和下温度补偿层206由分别由任意形状的柱形结构组成；其中，柱形结构在同一平面内的间距呈周期性分布，形成上、中、下散射体；
上温度补偿层204、中温度补偿层205和下温度补偿层206相互独立，上、中、下散射体间距不相同，且交替分布。
其中，上温度补偿层204和下温度补偿层206包含在上电极201和下电极202内部，中温度补偿层205贯穿压电层202；
上温度补偿层204的散射体结构与上电极201构成上声子晶体结构；
中温度补偿层205的散射体结构与压电层202构成中声子晶体结构；
下温度补偿层206的散射体结构与下电极203构成下声子晶体结构；
其中，上、中、下声子晶体结构可以构成三组带隙结构；
图3为俯视图，结合图1可以看到，上温度补偿层204的散射体结构与上电极201构成上声子晶体结构为一维结构，中温度补偿层205的散射体结构与压电层202构成中声子晶体结构为二维结构。
图4为俯视图，结合图1可以看到，上温度补偿层204的散射体结构与上电极201构成上声子晶体结构为二维结构，中温度补偿层205的散射体结构与压电层202构成中声子晶体结构为二维结构。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：上电极、压电层、下电极、上温度补偿层、中温度补偿层和下温度补偿层；其中：上温度补偿层内嵌于上电极中，中温度补偿层内嵌于压电层中，下温度补偿层内嵌于下电极中；上温度补偿层、中温度补偿层和下温度补偿层由分别由任意形状的柱形结构组成；其中，柱形结构在同一平面内的间距呈周期性分布，形成上、中、下散射体；上温度补偿层的散射体结构与上电极构成上声子晶体结构；中温度补偿层的散射体结构与压电层构成中声子晶体结构；下温度补偿层的散射体结构与下电极构成下声子晶体结构；
上温度补偿层、中温度补偿层和下温度补偿层相互独立，上、中、下散射体间距不相同，且交替分布；
上温度补偿层和下温度补偿层贯穿上、下电极，中温度补偿层贯穿压电层。
2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，上、中、下声子晶体结构构成三组带隙结构。
3.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，中声子晶体结构为二维结构，上声子晶体结构和下声子晶体结构为一维结构或者二维结构。
4.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，温度补偿结构为负温度系数的低声阻抗薄膜材料，包括SiO2。
5.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，压电层为具有压电效应的薄膜材料，包括氮化铝、氧化锌、铌酸锂。
6.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，底电极和顶电极均为金属薄膜，该金属薄膜为金属材料，包括钼、铂、金。
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