CN117639708B - 一种体声波谐振器、滤波器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种体声波谐振器、滤波器和电子设备。体声波谐振器包括：压电材料层，其中，所述压电材料层呈平坦状；第一电极层，所述第一电极层设置在所述压电材料层的第一侧上；第二电极层，所述第二电极层设置在所述压电材料层的与第一侧相对的第二侧上；以及框架部，所述框架部形成在所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者的远离所述压电材料层的一侧上，其中，所述框架部包括第一台阶部和位于所述第一台阶部的内侧的第二台阶部，且所述第一台阶部距离所述压电材料层的第一高度不同于所述第二台阶部距离所述压电材料层的第二高度。

Description

一种体声波谐振器、滤波器和电子设备

技术领域

本公开涉及电子器件技术领域，具体而言，涉及一种体声波谐振器、滤波器和电子设备。

背景技术

体声波谐振器或薄膜体声波谐振器(FBAR)作为射频(RF)前端的核心器件之一，正受到越来越多的关注。与例如表面声波(SAW)器件相比，体声波谐振器在高功率应用等方面有着很大的优势。在体声波谐振器中，采用了体声波的纵波传播方式，因此可以利用例如AlN等材料的优异的压电性能，实现对声波能量的更好转化。此外，体声波谐振器还具有高带宽和优异的滚降等性能，从而可以很好地满足当下对射频性能的需求。

然而，在体声波谐振器中，由于压电材料和电极材料并非完美的Z轴晶型取向的完美单晶等因素，通常会存在一定的缺陷，这将导致在纵波传播的过程中耦合出横波。如果不对此进行限制，能量将发生横向泄漏，使谐振器的品质因数(Q值)降低。因此，存在对体声波谐振器进行改进的需要。

发明内容

本公开的目的之一在于提出一种体声波谐振器、滤波器和电子设备，以改善其性能和可靠性。

根据本公开的第一方面，提供了一种体声波谐振器，包括：

压电材料层，其中，所述压电材料层呈平坦状；

第一电极层，所述第一电极层设置在所述压电材料层的第一侧上；

第二电极层，所述第二电极层设置在所述压电材料层的与第一侧相对的第二侧上；以及

框架部，所述框架部形成在所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者上，其中，所述框架部被配置为相对于所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者朝向远离所述压电材料层的一侧凸出，所述框架部包括第一台阶部和位于所述第一台阶部的内侧的第二台阶部，且所述第一台阶部距离所述压电材料层的第一高度不同于所述第二台阶部距离所述压电材料层的第二高度。

在一些实施例中，所述第一台阶部的第一高度大于所述第二台阶部的第二高度。

在一些实施例中，所述第一台阶部的第一高度小于所述第二台阶部的第二高度。

在一些实施例中，所述框架部中的相邻接的台阶部之间的高度差为1nm-1μm；和/或

所述框架部中的具有最低高度的台阶部和与该具有最低高度的台阶部相邻接的第一电极层或第二电极层之间的高度差为1nm-1μm。

在一些实施例中，所述第一台阶部的至少一个纵向边缘相对于平行于所述压电材料层的平面的夹角为15-80°；和/或

所述第二台阶部的至少一个纵向边缘相对于平行于所述压电材料层的平面的夹角为15-80°。

在一些实施例中，所述框架部被配置为由设置在所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者的远离所述压电材料层的一侧上的台阶材料形成。

在一些实施例中，所述框架部被配置为由所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者的在远离所述压电材料层的一侧上的凸出部形成，其中，台阶材料被配置为设置在所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者与所述压电材料层之间，以使所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者的远离所述压电材料层的一侧凸出形成凸出部。

在一些实施例中，所述台阶材料与所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者的电极材料相同。

在一些实施例中，所述框架部被配置为由所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者的在远离所述压电材料层的一侧上的凸出部形成，其中，所述凸出部是通过对形成所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者的电极材料的一部分进行刻蚀而形成的。

在一些实施例中，所述体声波谐振器还包括：

支撑部，其中，所述支撑部设置在所述第一电极层的远离所述压电材料层的第一侧上，且空腔形成在所述第一电极层的不与所述支撑部接触的部分的第一侧上，或者所述支撑部设置在所述第二电极层的远离所述压电材料层的第二侧上，且空腔形成在所述第二电极层的不与所述支撑部接触的部分的第二侧上；

其中，所述空腔、所述第一电极层、所述压电材料层与所述第二电极层的重叠区域中的至少一部分区域形成所述体声波谐振器的有效区域，且所述框架部位于所述有效区域内。

在一些实施例中，所述框架部沿着所述有效区域的边缘的至少一部分设置。

在一些实施例中，所述框架部环绕所述有效区域的边缘设置。

在一些实施例中，在沿着所述有效区域的边缘的至少两个不同位置处，所述第一台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第一宽度不同；和/或

在沿着所述有效区域的边缘的至少两个不同位置处，所述第二台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第二宽度不同。

在一些实施例中，所述第一台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第一宽度为恒定宽度；和/或

所述第二台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第二宽度为恒定宽度。

在一些实施例中，所述第一台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第一宽度等于所述第二台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第二宽度。

在一些实施例中，所述第一台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第一宽度小于或等于10μm；和/或

所述第二台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第二宽度小于或等于10μm。

在一些实施例中，至少一个框架部和所述支撑部分别位于所述压电材料层的相对的两侧上。

在一些实施例中，所述第一电极层中开设有第一电极槽；和/或

所述第二电极层中开设有第二电极槽。

在一些实施例中，所述第一电极槽沿着所述有效区域的边缘的一部分设置，且所述第二电极槽沿着所述有效区域的边缘的剩余一部分设置。

在一些实施例中，所述第一电极槽环绕所述有效区域的边缘设置；或

所述第二电极槽环绕所述有效区域的边缘设置。

在一些实施例中，所述框架部的远离所述有效区域的中心的外边缘的至少一部分与所述第一电极槽的靠近所述有效区域的中心的内边缘的对应部分在垂直于所述压电材料层所在平面的纵向方向上对准；和/或

所述框架部的远离所述有效区域的中心的外边缘的至少一部分与所述第二电极槽的靠近所述有效区域的中心的内边缘的对应部分在所述纵向方向上对准。

在一些实施例中，至少一个框架部与所述第一电极槽相邻接，且所述至少一个框架部与所述第一电极槽都设置在所述压电材料层的第一侧上；和/或

至少一个框架部与所述第二电极槽相邻接，且所述至少一个框架部与所述第二电极槽都设置在所述压电材料层的第二侧上。

在一些实施例中，所述框架部的的连接侧在平行于所述压电材料层的平面上的投影延伸到所述有效区域之外，其中，所述连接侧为所述框架部的外边缘的不与所述第一电极槽和所述第二电极槽中的任何一者相邻接的一侧。

在一些实施例中，在所述空腔、所述第一电极层、所述压电材料层与所述第二电极层的重叠区域中，所述支撑部的靠近所述有效区域的中心的内边缘与所述第一电极槽的远离所述有效区域的中心的外边缘之间的区域形成为第一缓冲区域，且所述有效区域位于所述第一缓冲区域的内侧；和/或

在所述空腔、所述第一电极层、所述压电材料层与所述第二电极层的重叠区域中，所述支撑部的内边缘与所述第二电极槽的外边缘之间的区域形成为第二缓冲区域，且所述有效区域位于所述第二缓冲区域的内侧。

在一些实施例中，所述第一缓冲区域的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第三宽度小于或等于10μm；和/或

所述第二缓冲区域的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第四宽度小于或等于10μm。

在一些实施例中，所述第一电极层的远离所述有效区域的中心的外边缘的至少一部分作为所述有效区域的边缘的对应部分；和/或

所述第二电极层的远离所述有效区域的中心的外边缘的至少一部分作为所述有效区域的边缘的对应部分。

在一些实施例中，所述框架部包括三个或更多个台阶部，其中，相邻接的两个台阶部距离所述压电材料层的高度不同。

在一些实施例中，所述体声波谐振器还包括：

保护层，所述保护层覆盖在所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者的未设置框架部的部分与所述框架部的远离所述压电材料层的一侧上。

根据本公开的第二方面，提出了一种滤波器，所述滤波器包括如上所述的体声波谐振器。

根据本公开的第三方面，提出了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的体声波谐振器或如上所述的滤波器。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1(a)示出了一种体声波谐振器的部分结构示意图；

图1(b)示出了另一种体声波谐振器的部分结构示意图；

图1(c)示出了仿真所得的具有非纯平压电材料层的体声波谐振器中的应力最大值和具有纯平压电材料层的体声波谐振器中的应力最大值的比较结果；

图2示出了根据本公开的第一实施例的体声波谐振器的平面示意图；

图3示出了沿图2中的AA’截取的体声波谐振器的截面示意图；

图4示出了根据本公开的第二实施例的体声波谐振器的截面示意图；

图5示出了根据本公开的第三实施例的体声波谐振器的截面示意图；

图6示出了根据本公开的第四实施例的体声波谐振器的截面示意图；

图7示出了根据本公开的第五实施例的体声波谐振器的截面示意图；

图8示出了根据本公开的第六实施例的体声波谐振器的截面示意图；

图9示出了根据本公开的第七实施例的体声波谐振器的截面示意图；

图10示出了根据本公开的第八实施例的体声波谐振器的截面示意图；

图11示出了在一具体示例中体声波谐振器的性能随台阶部的宽度的变化。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的各种技术、方法和设备是以示例性的方式示出，来说明本公开中的不同实施例，而并非意图限制。本领域的技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施本发明的示例性方式，而不是穷尽的方式。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在体声波谐振器中，通过采用体声波的纵波传播方式，可以很好地实现声波能量的转化。相比其他类型的谐振器，体声波谐振器具有高功率、高带宽和优异的滚降等性能，因而在各种应用中发挥着较大的优势。

在一种体声波谐振器中，如图1(a)所示，可以按照由下至上的顺序，依次形成各个结构层。具体而言，可以首先对衬底110’进行刻蚀以形成空腔111’，并在空腔111’中填充可释放材料，然后在带有可释放材料的衬底110’上依次制备图案化的第一电极层120’、压电材料层130’和第二电极层140’，最后去除可释放材料以释放出空腔111’。在这样的工艺中，需要在对位于下方的层进行图案化等处理之后，才可以继续制备位于上方的层。由此可见，需要在沉积压电材料层130’之前，对用于形成第一电极层120’的第一电极材料进行刻蚀等处理，以形成图案化的第一电极层120’。这样，在沉积压电材料层130’的过程中，将需要越过第一电极层120’的纵向刻蚀界面121’，使得压电材料层130’不能是纯平的平坦状层。这将导致在纵向刻蚀界面121’处沿Z轴生长的压电材料层130’不连续，其晶格发生一定的变形，进而导致压电材料层130’的膜层生长质量下降，且谐振器的品质因数降低，此外还将导致在第一电极层120’的连接侧的纵向刻蚀界面121’处，压电材料层130’中存在较大的段差，使得这里容易发生膜层的应力集中。在一具体示例中，如图1(c)中所示，在这种具有非纯平压电材料层的体声波谐振器中，经由仿真模拟得到应力最大值可能高达6.99GPa，而这不利于器件可靠性的提升，尤其是在高功率应用的情况下，这样的结构很容易导致膜层的断裂。

为了解决上述问题，本公开提出了一种体声波谐振器，通过在其中设置纯平的压电材料层和框架部，在保证体声波谐振器的可靠性的同时提升其性能。在本公开的一些实施例中，如图2至图10所示，体声波谐振器可以包括压电材料层130、第一电极层120、第二电极层140和框架部150。

其中，压电材料层130可以呈平坦状。换言之，压电材料层130中不存在段差。为了形成这种纯平的压电材料层130，要求在沉积压电材料层130的过程中，用于承载压电材料层130的载体的上表面是平整的，其中不存在例如图1(a)中所示的纵向刻蚀界面等在纵向方向上存在高度落差的结构。在一具体示例中，如果将图1(a)中所示的第一电极层120’、压电材料层130’和第二电极层140’均改成纯平的平坦层，即如图1(b)中所示，那么经由仿真模拟得到应力最大值可以降低至3.39GPa，即谐振器的最大应力值可以降低约51.5％，从而有助于提升体声波谐振器的均一性，进而对谐振器的功率提升有很大的好处。

可以根据需要选择用于形成压电材料层130的压电材料。例如，压电材料可以包括以下材料中的至少一者：单晶压电材料，多晶压电材料和包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料。具体而言，单晶压电材料可以包括单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶锆钛酸铅(PZT)、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜和单晶钽酸锂等中的至少一种；多晶压电材料可以包括多晶氮化铝、氧化锌和PZT等中的至少一种；以及包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料可以包括掺杂氮化铝等，其中至少包含一种稀土元素，例如钪(Sc)、钇(Y)、镁(Mg)、钛(Ti)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)等。

第一电极层120可以设置在压电材料层130的第一侧上，以及第二电极层140可以设置在压电材料层130的与第一侧相对的第二侧上。其中，用于形成第一电极层120的第一电极材料可以与用于形成第二电极层140的第二电极材料相同或不同，且第一电极材料和第二电极材料均为导电材料。例如，第一电极材料或第二电极材料可以选自钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铱、锇和铬等中的至少一种，或者第一电极材料或第二电极材料可以是以上金属的复合或其合金等。

框架部150可以形成在第一电极层120和第二电极层140中的至少一者上，且框架部150可以被配置为相对于第一电极层120和第二电极层140在的至少一者朝向远离压电材料层130的一侧凸出。例如，如图3至图7所示，框架部150形成在第二电极层140的远离压电材料层130的第二侧上；如图8至图10所示，框架部150也可以分别形成在第一电极层120的远离压电材料层130的第一侧上和第二电极层140的远离压电材料层130的第二侧上；此外，可以理解的是，框架部也可以仅形成在第一电极层的远离压电材料层的第一侧上。

进一步地，如图2至图10所示，框架部150可以包括第一台阶部151和位于第一台阶部151的内侧的第二台阶部152，第一台阶部151和第二台阶部152的高度均大于谐振器的中心区域的高度，且第一台阶部151距离压电材料层130的第一高度不同于第二台阶部152距离压电材料层130的第二高度。在一些优选的实施例中，第一台阶部151的第一高度可以大于第二台阶部152的第二高度，即从体声波谐振器的中心到边缘，框架部150的高度逐步增大。或者，在另一些实施例中，第一台阶部151的第一高度可以小于第二台阶部152的第二高度，即从体声波谐振器的中心到边缘，框架部150的高度逐步减小。此外，在框架部150中，相邻接的两个台阶部之间的第一高度差可以与最低的台阶部和与该最低的台阶部相邻接的电极层之间的第二高度差相同或不同。在一些实施例中，第一高度差和/或第二高度差可以在1nm-1μm的范围内。例如，在图3所示的第一实施例中，第一台阶部151的上表面相对于第二台阶部152的上表面的第一高度差可以在1nm-1μm的范围内，以及第二台阶部152的上表面相对于第二电极层140的上表面的第二高度差可以在1nm-1μm的范围内。

在一些实施例中，框架部可以包括更多的(例如，三个、四个或五个等)台阶部，每个台阶部的高度都大于谐振器的中心区域的高度，且其中彼此相邻接的两个台阶部具有不同的高度。例如，从体声波谐振器的中心到边缘，框架部所包含的各个台阶部的高度可以逐步增大。或者，从体声波谐振器的中心到边缘，框架部所包含的各个台阶部的高度可以逐步减小。又或者，从体声波谐振器的中心到边缘，框架部所包含的各个台阶的高度可以先逐步增大再逐步减小、或者先逐步减小再逐步增大、或者高低交错变化等，只要相邻两个台阶部的高度不同即可。在本文中，将以框架部具有两个台阶部为例，详细描述体声波谐振器的特征，然而可以理解的是，本领域技术人员也可以将这些特征应用到具有更多台阶部的框架部中，在此不作限制。形成框架部的目的在于使体声波谐振器的靠近边缘的区域加厚，使得该区域中的声阻抗大于体声波谐振器的中央区域的声阻抗，阻抗差使得横波在此处返回谐振器内，从而降低能量的泄露。在本公开的实施例中，通过设置包含至少两个台阶部的框架部，可以进一步增加声阻抗差界面，从而抑制横向能量泄露。

在一些实施例中，如图3、图4和图7-图10所示，框架部150可以被配置为由设置在第一电极层120和第二电极层140中的至少一者的远离压电材料层130的一侧上的台阶材料形成。换言之，可以通过在相应的电极层的远离压电材料层的一侧上沉积台阶材料来形成框架部。在这种情况下，可以先形成相应的电极层，再沉积台阶材料。在一具体示例中，可以先在第一台阶部151所在的区域中沉积一定厚度的一部分台阶材料，再在第一台阶部151和第二台阶部152两者所在的区域中沉积一定厚度的另一部分台阶材料，这样，可以使得最终形成的第一台阶部151的高度大于第二台阶部152的高度。在另一具体示例中，也可以在第一台阶部151所在的区域中直接沉积具有与第一台阶部151的第一高度相应的厚度的台阶材料，以及在第二台阶部152所在的区域中直接沉积具有与第二台阶部152的第二高度相应的厚度的台阶材料。

在另一些实施例中，如图5和图6所示，框架部150可以被配置为由第一电极层120和第二电极层140中的至少一者的在远离压电材料层130的一侧上的凸出部形成。在这里，台阶材料可以被配置为设置在第一电极层120和第二电极层140中的至少一者与压电材料层130之间，以使第一电极层120和第二电极层140中的至少一者的远离压电材料层130的一侧凸出形成凸出部。换言之，可以通过将台阶材料施加在相应的电极层和压电材料层之间，使相应的电极层被台阶材料垫起以形成朝向远离压电材料层的一侧凸出的凸出部，进而形成框架部。在这种情况下，可以先沉积台阶材料，再形成相应的电极层。类似地，在一具体示例中，可以先在第一台阶部151所在的区域中形成一定厚度的一部分台阶材料，再在第一台阶部151和第二台阶部152两者所在的区域中形成一定厚度的另一部分台阶材料，这样，可以使得最终形成的第一台阶部151的高度大于第二台阶部152的高度。在另一具体示例中，也可以在第一台阶部151所在的区域中直接形成具有与第一台阶部151的第一高度相应的厚度的台阶材料，以及在第二台阶部152所在的区域中直接形成具有与第二台阶部152的第二高度相应的厚度的台阶材料。

在台阶材料与电极材料相同的情况下，相比于先形成电极层、再沉积台阶材料的制备方式，先沉积台阶材料、再形成电极层的制备方式具有较大的优势。这是因为在对台阶材料进行刻蚀以形成期望的结构时，位于台阶材料下方的是与其不同的压电材料，这就使得在刻蚀过程中可以具有较大的选择比，从而有助于获得更高的工艺精度。

如上所述，在一些实施例中，台阶材料可以与第一电极层和第二电极层中的至少一者的电极材料是相同的。然而，在其他一些实施例中，台阶材料也可以是与电极材料不同的材料。例如，台阶材料可以选自钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铱、锇和铬等中的至少一种，或者台阶材料可以是以上金属的复合或其合金等。

在又一些实施例中，框架部可以被配置为由第一电极层和第二电极层中的至少一者的在远离压电材料层的一侧上的凸出部形成，其中，凸出部可以是通过对形成第一电极层和第二电极层中的至少一者的电极材料的一部分进行刻蚀而形成的。换言之，框架部和与该框架部相邻接的电极层可以是共同由电极材料一体形成的，并通过刻蚀工艺在电极材料中形成期望的电极层和框架部的形状。具体而言，首先可以沉积电极材料使所沉积的电极材料的厚度至少为电极层的厚度与框架部的最大厚度之和，然后对电极材料层中的与电极层的位置和框架部中较低台阶部的位置对应的区域进行刻蚀，去除这些区域中的部分电极材料，从而形成期望的电极层和框架部形状。例如，可以先对电极层和较低台阶部对应的区域进行刻蚀，使电极材料层的未被刻蚀的部分形成较高台阶部，然后对电极层对应的区域进行刻蚀，从而构造出电极层和较低台阶部之间的高度差。或者，也可以分别对电极层和较低台阶部对应的区域进行刻蚀，去除相应厚度的电极材料，从而形成具有最低厚度的电极层、具有中间厚度的较低台阶部和具有最高厚度的较高台阶部。通过这种方式制备的相邻接的电极层和框架部之间可以没有明显的界面，有助于改善体声波谐振器的性能。

另外，无论是采用上述哪种方式形成框架部，由于工艺等条件的限制，台阶部的纵向边缘相对于平行于压电材料层的平面通常并非是绝对垂直的。尤其是在先沉积台阶材料、再形成电极层的情况下，为了避免垂直或基本上垂直的台阶材料的纵向边缘导致所沉积的电极材料发生断裂等情况，如图5和图6所示，第一台阶部151的至少一个纵向边缘相对于平行于压电材料层的平面的夹角可以为15-80°。类似地，第二台阶部152的至少一个纵向边缘相对于平行于压电材料层的平面的夹角可以为15-80°。可以理解的是，在其他具体实施例中，台阶部的至少一个纵向边缘相对于平行于压电材料层的平面的夹角也可以在15-80°的范围内，以避免相应膜层发生断裂，进而提高体声波谐振器的可靠性。

在一些实施例中，如图3和图5至图9所示，体声波谐振器还可以包括支撑部110，支撑部110可以设置在第一电极层120的远离压电材料层130的第一侧上，且空腔111形成在第一电极层120的不与支撑部110接触的部分的第一侧上。或者，如图4所示，支撑部110可以设置在第二电极层140的远离压电材料层130的第二侧上，且空腔111形成在第二电极层140的不与支撑部110接触的部分的第二侧上。

为了产生这样的支撑部110和空腔111，并使压电材料层130是平坦的，在一种实施方式中，可以首先提供临时衬底，在临时衬底上依次形成体声波谐振器的至少一部分结构层，其中在沉积压电材料层时，这之前沉积的结构应该都是平坦的、不存在纵向方向上的段差，然后在形成的结构层上沉积和刻蚀支撑材料，以形成支撑部110，最后将整个结构上下翻转，使支撑部110结合到所提供的另一衬底上，并去除临时衬底，以形成体声波谐振器或继续进行体声波谐振器中的其他结构层的制备。在另一种实施方式中，也可以通过直接对衬底进行刻蚀来形成空腔，而将衬底的未被刻蚀的至少一部分作为支撑部。然而需要注意的是，在这种实施方式中，在沉积压电材料层时，也需要保证这之前沉积的结构是平坦的、不存在纵向方向上的段差，从而保证所沉积的压电材料层是平坦的。在一些实施例中，用于形成支撑部110的材料可以选自单晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、绝缘层上硅(SOI)和有机支撑材料等中的至少一者。

所形成的空腔111可以作为声学反射镜。在一些优选的实施例中，空腔111可以是与外部隔绝的封闭腔，其中填充有空气等气体，该封闭腔通常具有更好的可靠性。或者，在另一些实施例中，空腔111也可以是开放腔。相应地，空腔111、第一电极层120、压电材料层130与第二电极层140的重叠区域中的至少一部分区域可以形成体声波谐振器的有效区域191。在一些实施例中，如图2至图10所示，框架部150可以位于体声波谐振器的有效区域191内。

此外，在一些实施例中，如图3和图5至图10所示，至少一个框架部150可以设置在远离支撑部110的一侧的电极层上，或者说至少一个框架部150和支撑部110可以分别位于压电材料层130的相对的两侧上，以抑制横向能量的泄露。或者，在另一些实施例中，如图2所示，至少一个框架部150可以与支撑部110设置在压电材料层130的同一侧上。

在一些实施例中，如图2所示，有效区域191在平行于压电材料层的平面上的投影可以呈凸多边形，且该凸多边形的任意两个边均不平行，以帮助抑制能量的横向泄露。在一些实施例中，对于每一侧的电极层上的框架部而言，其可以沿着有效区域191的边缘的至少一部分设置，例如可以沿着图2中所示的凸五边形的一条或多条边设置框架部150。在另一些实施例中，框架部150也可以环绕有效区域的整个边缘设置。

在本文中，可以将每个台阶部的远离有效区域的中心的外边缘与靠近有效区域的中心的内边缘之间的最短距离定义为这个台阶部的宽度或有效宽度。此外，框架部的总宽度可以是其所包含的所有台阶部的宽度之和。例如，在图3所示的具体示例中，第一台阶部151的第一宽度可以是d1或d4，第二台阶部152的第二宽度可以是d2或d3，而框架部150的总宽度可以是d1+d2或d3+d4。在一些实施例中，在沿着有效区域的边缘的至少两个不同位置处，第一台阶部的第一宽度可以是不同的。例如，图3至图10中所示的第一台阶部151的在一个位置处的第一宽度d1可以不等于其在另一个位置处的第一宽度d4。类似地，在沿着有效区域的边缘的至少两个不同位置处，第二台阶部的第二宽度可以是不同的。例如，图3至图10中所示的第二台阶部152的在一个位置处的第二宽度d2可以不等于其在另一个位置处的第二宽度d3。或者，在另一些实施例中，第一台阶部的第一宽度可以为恒定宽度，如图3至图10中所示，这种情况下满足d1＝d4。类似地，第二台阶部的第二宽度可以为恒定宽度，如图3至图10中所示，这种情况下满足d2＝d3。此外，在一些实施例中，第一台阶部的第一宽度可以等于第二台阶部的第二宽度，具体而言，在沿着有效区域的边缘的每个对应位置处，第一台阶部的第一宽度可以等于第二台阶部的第二宽度。例如在图3至图10中所示的实施例中，d1＝d2且d3＝d4。

根据仿真的结果，体声波谐振器的性能将随着框架部(凸起结构)的宽度的变化而变化，如图11中所示，在框架部的宽度处于阈值宽度以下的情况下，体声波谐振器的性能随着框架部的宽度的增大呈类周期性的变化；而在框架部的宽度处于阈值宽度以上的情况下，体声波谐振器的性能将随着框架部的宽度的增大而减小。例如，在框架部具有单个台阶部(单层凸起结构)的情况下，当框架部的宽度大约为3μm或4.5μm时，体声波谐振器具有较大的并联谐振点阻抗(Rp)，因而具有较好的性能。另外，如本公开的示例性实施例中所述的，在框架部具有两个台阶部(双层凸起结构)的情况下，当框架部的宽度(d1+d2或d3+d4)大约为3μm或4.5μm时，体声波谐振器也具有较大的并联谐振点阻抗(Rp)，因而具有较好的性能。此外，如图11中所示，当单层凸起结构的宽度和双层凸起结构的总宽度相等时，具有双层凸起结构的谐振器可以具有更大的并联谐振点阻值Rp，即制备具有至少两个台阶部的框架部有助于进一步改善体声波谐振器的性能。通常情况下，第一台阶部的第一宽度可以小于或等于10μm。类似地，第二台阶部的第二宽度可以小于或等于10μm。

在一些实施例中，如图3、图4、图6、图8和图9所示，第一电极层120中可以开设有第一电极槽121。类似地，如图3、图4、图6、图7、图8和图9所示，第二电极层140中可以开设有第二电极槽141。

其中，第一电极槽121(如图2中的虚线框所示)可以沿着有效区域191的边缘的一部分设置，且第二电极槽141(如图2中的点线框所示)可以沿着有效区域191的边缘的剩余一部分设置。换句话说，第一电极槽121在平行于压电材料层的平面上的投影与第二电极槽141在平行于压电材料层的平面上的投影共同环绕有效区域191，例如在图2、图3、图4、图6、图8和图9中所示的。在另一些实施例中，第一电极槽可以环绕有效区域的整个边缘设置；或者第二电极槽141可以环绕有效区域的整个边缘设置，例如在图7中所示的。第一电极槽和第二电极槽可以分别将第一电极层和第二电极层隔断，以帮助界定体声波谐振器的有效区域，其中有效区域位于第一电极槽和第二电极槽的内边缘内侧。第一电极槽和第二电极槽通过使相应的第一电极层和第二电极层的端面与空气接触，使声阻抗失配，从而有助于抑制横波泄露。

进一步地，在一些实施例中，如图3、图4、图6、图7、图8和图9所示，框架部150的远离有效区域191的中心的外边缘的至少一部分可以与第一电极槽121的靠近有效区域191的中心的内边缘的对应部分在垂直于压电材料层所在平面的纵向方向上对准。类似地，框架部150的远离有效区域191的中心的外边缘的至少一部分可以与第二电极槽141的靠近有效区域191的中心的内边缘的对应部分在纵向方向上对准。例如，在图3所示的具体实施例中，框架部150的一外边缘153与第二电极槽141的内边缘142对准，以及框架部150的另一外边缘154与第一电极槽121的内边缘122对准。这样的设置方式有助于进一步抑制体声波谐振器中的横向泄露，以改善体声波谐振器的性能。

在一些实施例中，至少一个框架部可以与第一电极槽相邻接，且该至少一个框架部与第一电极槽都设置在压电材料层的第一侧上。类似地，至少一个框架部可以与第二电极槽相邻接，且该至少一个框架部与第二电极槽都设置在压电材料层的第二侧上。在图7所示的具体实施例中，框架部150设置在压电材料层130的第二侧上，且与第二电极槽141相邻接。在图8所示的具体实施例中，在压电材料层130的第一侧和第二侧上各自设置有框架部150，且每个框架部150分别与其同一侧上的第一电极槽121或第二电极槽141相邻接。

在一些实施例中，如图5和图6所示，框架部150的连接侧155在平行于压电材料层130的平面上的投影可以延伸到有效区域191之外，以有效地降低谐振器的串联谐振点的阻值。其中，连接侧155为框架部150的外边缘的不与第一电极槽121和第二电极槽141中的任何一者相邻接的一侧，具体而言，在第一电极层一侧，位于第一电极层这一侧的框架部的第一连接侧和第一电极槽可以分别沿着有效区域的边缘的不同部分设置，且第一连接侧和第一电极槽共同环绕有效区域的整个边缘；类似地，在第二电极层一侧，位于第二电极层这一侧的框架部的第二连接侧和第二电极槽可以分别沿着有效区域的边缘的不同部分设置，且第二连接侧和第二电极槽可以共同环绕有效区域的整个边缘。

为了防止谐振器在声学反射镜的边缘处发生振动状态的突变，还可以在体声波谐振器中设置缓冲区域。具体而言，如图3、图4、图6、图7、图8和图9所示，在空腔111、第一电极层120、压电材料层130与第二电极层140的重叠区域中，支撑部110的靠近有效区域的中心的内边缘与第一电极槽121的远离有效区域的中心的外边缘之间的区域可以形成为第一缓冲区域192，且有效区域191位于第一缓冲区域192的内侧；类似地，在空腔111、第一电极层120、压电材料层130与第二电极层140重叠的区域中，支撑部110的内边缘与第二电极槽的外边缘之间的区域可以形成为第二缓冲区域193，且有效区域191位于第二缓冲区域193的内侧。在图4所示的具体实施例中，第一缓冲区域192形成在支撑部110的内边缘112与第一电极槽121的外边缘123之间，以及第二缓冲区域193形成在支撑部110的内边缘113与第二电极槽141的外边缘143之间。

在一些实施例中，如图3、图4、图6、图7、图8和图9所示，第一缓冲区域192的远离有效区域的中心的外边缘与靠近有效区域的中心的内边缘之间的第三宽度d5可以小于或等于10μm。类似地，第二缓冲区域的远离有效区域的中心的外边缘与靠近有效区域的中心的内边缘之间的第四宽度d0可以小于或等于10μm。此外，与台阶部的宽度类似，缓冲区域的宽度在沿着有效区域的边缘的至少两个不同位置处可以是不同的，或者缓冲区域的宽度可以是恒定宽度。此外，第一缓冲区域的第三宽度和第二缓冲区域的第四宽度可以是相等或不等的。

在一些实施例中，如图10所示，第一电极层120的远离有效区域的中心的外边缘的至少一部分作为有效区域的边缘的对应部分。类似地，第二电极层140的远离有效区域的中心的外边缘的至少一部分作为有效区域的边缘的对应部分。这里，可以通过例如刻蚀来去除位于电极层的外边缘之外的所有电极材料。此外，在一些实施例中，有效区域的边缘的一部分可以由第一电极层120的外边缘的对应一部分形成，而有效区域的边缘的剩余部分可以由第二电极层140的外边缘的对应一部分形成。换言之，有效区域可以不是被限定在电极槽之间，或者说有效区域可以不被电极层中刻蚀所得的电极槽围绕，而是可以将电极层的与有效区域边缘对应的一侧之外的电极材料全部刻蚀去除掉，使得电极层的刻蚀边界能够作为谐振器的有效区域的边界。

在一些实施例中，如图3至图10所示，体声波谐振器还可以包括保护层160，该保护层160可以覆盖在第二电极层140的未设置框架部150的部分的远离压电材料层130的第二侧上，还可以覆盖在位于第二电极层140上的框架部150的远离压电材料层130的第二侧上，以对第二电极层140和其上可能存在的框架部150进行修频和保护。类似地，在其他一些实施例中，保护层可以覆盖在第一电极层的未设置框架部的部分的远离压电材料层的第一侧上，还可以覆盖在位于第一电极层上的框架部的远离压电材料层的第一侧上，以对第一电极层和其上可能存在的框架部进行修频和保护。其中，保护层160的材料可以选自氮化铝、氮化硅和氧化硅等中的至少一种。

在本公开的体声波谐振器中，通过设置平坦状的压电材料层，避免了在压电材料层中引入段差而导致应力的集中，从而有助于保障器件结构的完整性和可靠性。在此基础上，通过设置包括至少两个台阶部的框架部，有助于抑制横波能量的泄露，从而改善了体声波谐振器的品质因数和工作功率等性能。

根据本公开的另一方面，还提供了一种滤波器，该滤波器可以包括如上所述的体声波谐振器。滤波器可以将目标频谱外的干扰和噪声等滤除，以提高信号选择性，满足射频系统等对于信噪比的要求。

根据本公开的又一方面，还提出了一种电子设备，该电子设备可以包括如上所述的体声波谐振器或滤波器。在一些实施例中，电子设备可以是各种无线通信终端，例如手机等通信设备。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。

如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (24)

1.一种体声波谐振器，其特征在于，所述体声波谐振器包括：

压电材料层，其中，所述压电材料层呈平坦状且在垂直于所述压电材料层所在平面的纵向方向上不存在段差；

第一电极层，所述第一电极层设置在所述压电材料层的第一侧上，且所述第一电极层中开设有第一电极槽；

第二电极层，所述第二电极层设置在所述压电材料层的与第一侧相对的第二侧上，且所述第二电极层中开设有第二电极槽；

支撑部，所述支撑部设置在所述第一电极层和所述第二电极层中的一个电极层的远离所述压电材料层的一侧上，且空腔形成在所述一个电极层的不与所述支撑部接触的部分的一侧上；以及

框架部，所述框架部形成在所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者上，其中，所述框架部被配置为由所述第一电极层和所述第二电极层中的所述至少一者的在远离所述压电材料层的一侧上的凸出部形成，所述框架部包括第一台阶部和位于所述第一台阶部的内侧的第二台阶部，所述第一台阶部距离所述压电材料层的第一高度不同于所述第二台阶部距离所述压电材料层的第二高度，在所述纵向方向上所述框架部与所述第一电极层和所述第二电极层中的其上形成有该框架部的相应一者之间不存在间隙，且所述框架部与所述第一电极层和所述第二电极层中的其上形成有该框架部的相应一者共同由电极材料一体形成以使得所述框架部与所述第一电极层和所述第二电极层中的其上形成有该框架部的相应一者之间不存在界面；

其中，所述空腔、所述第一电极层、所述压电材料层与所述第二电极层的重叠区域中的至少一部分区域形成所述体声波谐振器的有效区域，所述框架部的连接侧在平行于所述压电材料层的平面上的投影延伸到所述有效区域之外，其中，所述连接侧为所述框架部的外边缘不与所述第一电极槽和所述第二电极槽中的任何一者相邻的一侧。

2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一台阶部的第一高度大于所述第二台阶部的第二高度。

3.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一台阶部的第一高度小于所述第二台阶部的第二高度。

4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架部中的相邻接的台阶部之间的高度差为1 nm-1 μm；和/或

所述框架部中的具有最低高度的台阶部和与该具有最低高度的台阶部相邻接的第一电极层或第二电极层之间的高度差为1 nm-1 μm。

5.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一台阶部的至少一个纵向边缘相对于平行于所述压电材料层的平面的夹角为15-80°；和/或

所述第二台阶部的至少一个纵向边缘相对于平行于所述压电材料层的平面的夹角为15-80°。

6.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述凸出部是通过对形成所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者的电极材料的一部分进行刻蚀而形成的。

7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架部沿着所述有效区域的边缘的至少一部分设置。

8.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架部环绕所述有效区域的边缘设置。

9.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在沿着所述有效区域的边缘的至少两个不同位置处，所述第一台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第一宽度不同；和/或

在沿着所述有效区域的边缘的至少两个不同位置处，所述第二台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第二宽度不同。

10.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第一宽度为恒定宽度；和/或

所述第二台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第二宽度为恒定宽度。

11.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第一宽度等于所述第二台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第二宽度。

12.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第一宽度小于或等于10 µm；和/或

所述第二台阶部的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第二宽度小于或等于10 µm。

13.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，至少一个框架部和所述支撑部分别位于所述压电材料层的相对的两侧上。

14.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一电极槽沿着所述有效区域的边缘的一部分设置，且所述第二电极槽沿着所述有效区域的边缘的剩余一部分设置。

15.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一电极槽环绕所述有效区域的边缘设置；或

所述第二电极槽环绕所述有效区域的边缘设置。

16.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架部的远离所述有效区域的中心的外边缘的至少一部分与所述第一电极槽的靠近所述有效区域的中心的内边缘的对应部分在垂直于所述压电材料层所在平面的纵向方向上对准；和/或

所述框架部的远离所述有效区域的中心的外边缘的至少一部分与所述第二电极槽的靠近所述有效区域的中心的内边缘的对应部分在所述纵向方向上对准。

17.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，至少一个框架部与所述第一电极槽相邻接，且所述至少一个框架部与所述第一电极槽都设置在所述压电材料层的第一侧上；和/或

至少一个框架部与所述第二电极槽相邻接，且所述至少一个框架部与所述第二电极槽都设置在所述压电材料层的第二侧上。

18.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在所述空腔、所述第一电极层、所述压电材料层与所述第二电极层的重叠区域中，所述支撑部的靠近所述有效区域的中心的内边缘与所述第一电极槽的远离所述有效区域的中心的外边缘之间的区域形成为第一缓冲区域，且所述有效区域位于所述第一缓冲区域的内侧；和/或

在所述空腔、所述第一电极层、所述压电材料层与所述第二电极层的重叠区域中，所述支撑部的内边缘与所述第二电极槽的外边缘之间的区域形成为第二缓冲区域，且所述有效区域位于所述第二缓冲区域的内侧。

19.根据权利要求18所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一缓冲区域的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第三宽度小于或等于10 µm；和/或

所述第二缓冲区域的远离所述有效区域的中心的外边缘与靠近所述有效区域的中心的内边缘之间的第四宽度小于或等于10 µm。

20.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一电极层的远离所述有效区域的中心的外边缘的至少一部分作为所述有效区域的边缘的对应部分；和/或

所述第二电极层的远离所述有效区域的中心的外边缘的至少一部分作为所述有效区域的边缘的对应部分。

21.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架部包括三个或更多个台阶部，其中，相邻接的两个台阶部距离所述压电材料层的高度不同。

22.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述体声波谐振器还包括：

保护层，所述保护层覆盖在所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者的未设置框架部的部分与所述框架部的远离所述压电材料层的一侧上。

23.一种滤波器，其特征在于，所述滤波器包括根据权利要求1至22中任一项所述的体声波谐振器。

24.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括根据权利要求1至22中任一项所述的体声波谐振器或根据权利要求23所述的滤波器。