CN119586003A - 用于产生声波的器件和包含所述器件的射频滤波器和多工器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种用于产生声波的立方砷化硼(c‑BAs)基多层器件。所述器件包括c‑BAs基衬底(102)、设置在所述c‑BAs基衬底上的压电层(104)，以及设置在所述压电层上的叉指换能器(interdigital transducer，IDT)(108，110)。所述IDT用于响应于施加的RF信号而激励所述声波。所述器件还包括温度补偿(temperature compensation，TC)层(106)，设置在所述c‑BAs基衬底与所述压电层之间或覆盖所述压电层和所述IDT。通过使用所述c‑BAs基衬底，可以最大限度地减少所述器件中不同材料界面处传播的杂散声波的数量。因此，在将使用所述器件的RF电路中，在不使用任何外部组件(例如，电容器、电感器、变压器等的组合)或附加谐振器的情况下，提供对杂散声波模式的抑制。
Description
技术领域
本公开大体上涉及声学器件领域。具体地，本公开涉及用于产生声波的立方砷化硼(c-BAs)基多层器件，以及各自使用一个或多个这种c-BAs基多层器件的射频(radiofrequency，RF)滤波器和多工器。
背景技术
无线通信设备(例如，移动电话)严重依赖高性能RF滤波器，这些高性能RF滤波器用于拒绝任何不需要的传入RF信号，并仅保留所需的传输信号。在一些无线通信应用中，RF滤波器必须对传入RF信号具有特别好的选择性，仅使传入频谱中非常窄的频带通过。更具体地，RF滤波器的关键技术要求可以包括但不限于：高频率、抑制杂散信号的高选择性、用于高数据速率的大带宽、用于低功耗的低插入损耗因子，以及适合用于小型手持式设备的RF滤波器的形状因子。
上述要求使得人们在RF滤波器的设计中使用声学器件，例如表面声波(surfaceacoustic wave，SAW)器件。此外，声学器件目前不仅是用于不同无线通信系统(例如2G/3G/4G/LTE/5G、蓝牙等)中的信号滤波的关键组件，而且也是用于其它信号处理、频率产生和感测应用的关键元件。为了降低SAW器件固有的高插入损耗，已经开发了多种特殊的低损耗技术，每种技术都针对特定的应用进行了优化。
最新一代的SAW器件称为分层SAW(layered SAW，LSAW)或薄膜SAW(film SAW，FSAW)器件。FSAW器件具有多层设计，其中，压电层设置在每层由不同材料制成的层堆叠上。堆叠中的这些不同材料的组合，以及它们的厚度和材料特性的适当选择，可以显著改善压电层中的声能限制。这种效应降低了FSAW器件的支撑衬底中的声损失/辐射，并改善了所得到的RF滤波器的整体响应。
但是，FSAW器件的堆叠中存在多个“埋入”层也增加了可允许传播声波和机械模式的数量。这些波也可以包括在远离RF滤波器的主工作频带的频率下产生的波。根据当前的无线电通信标准，需要严格控制带外响应，因为前端电路依赖于严格的带外信道衰减水平，以防止不同通信信道和/或标准之间的任何交互。因此，对能够最大限度地减少甚至消除包括此类SAW器件的RF滤波器的带外杂散模式含量非常重要。
发明内容
本发明内容简单介绍了一些概念，在具体实施方式中会进一步描述这些概念。本发明内容并不打算确定本公开的关键特征，也不打算用于限制本公开的范围。
本公开的目的是提供一种技术方案，该技术方案可以在宽频率范围内有效地引导所需的声波模式，同时最大限度地减少杂散声波模式的生成。
上述目的通过所附权利要求书中的独立权利要求的特征来实现。其它实施例和示例在从属权利要求、说明书和附图中显而易见。
根据第一方面，提供了一种用于产生声波的器件。所述器件包括立方砷化硼(c-BAs)基衬底、设置在所述c-BAs基衬底上的压电层，以及设置在所述压电层上的叉指换能器(interdigital transducer，IDT)。所述IDT用于响应于施加的RF信号而激励所述声波。所述器件还包括温度补偿(temperature compensation，TC)层，设置在所述c-BAs基衬底与所述压电层之间或覆盖所述压电层和所述IDT。通过使用c-BAs基衬底，可以最大限度地减少器件中不同材料界面处传播的杂散(即带外)声波的数量，即破坏杂散声波模式在器件中存在和传播所需的边界条件。因此，在将使用所述器件的RF电路中，在不使用任何外部组件(例如，电容器、电感器、变压器等的组合)或附加谐振器的情况下，提供对杂散声波模式的抑制或衰减。如此配置的器件提供的其它好处如下：
-由于仅引导所需的声波模式而实现高机械品质因子(Q)；
-由于器件中的快速纵向/剪切体声波而实现高机电耦合系数(kt 2)；
-c-BAs的热膨胀系数(coefficient of thermal-expansion，CTE)相对于压电材料的不匹配可以改善由于温度变化引起的器件的无源温度补偿(或换句话说，减少频率漂移)；
-TC层的存在可以提供额外的温度补偿，这可以使器件适用于宽温度范围；
-如此配置的器件不易受到封装/滤波器架构问题的影响，并且可以在各种滤波器产品和频带中实现；
-另外，如此配置的器件可以用于不同的基于微机电系统(micro-electro-mechanical-system，MEMS)的锁相环(phase-locked loop，PLL)定时电路(振荡器)中，从而可以减少振荡器可能锁定的可用杂散声波模式的数量。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述c-BAs基衬底具有结晶取向<111>、<110>或<100>。通过使用具有这种晶体取向的c-BAs，可以更高效地使器件的核心区域(即具有压电层和IDT的区域)在电学和声学上与衬底隔离。这继而可能有助于更好地抑制杂散声波模式。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述c-BAs基衬底包括底层支撑层和设置在所述底层支撑层上的c-BAs层。当难以制作厚c-BAs衬底时，该实施例可以是有益的。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述c-BAs基的层状衬底中的所述底层支撑层由石英、金刚石、熔融石英、蓝宝石、钇铝石榴石(YAG)、硅(Si)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)或碳化硅(SiC)制成。这些材料中的任何一种材料在本领域中都是熟知的，因此，用于制造基于所述材料的厚衬底的技术是很成熟的。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述c-BAs层是多晶层或具有结晶取向<111>、<110>或<100>。通过这种c-BAs层，可以更高效地使器件的核心区域(即具有压电层和IDT的区域)在电学和声学上与衬底隔离。这继而可能有助于更好地抑制杂散声波模式。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述c-BAs层具有基于在所述压电层中所述声波的主模式的波长定义的厚度。具有这种厚度值的c-BAs层可以提供器件所需的电声特征(例如，声能限制或波导)。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述c-BAs层的所述厚度在0.25λ至2λ的范围内，其中，λ是在所述压电层中所述声波的所述主模式的所述波长。通过使用此厚度值范围，可以实现器件所需的电声特征。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述TC层的剪切声阻抗低于所述压电层或所述c-BAs基衬底的剪切声阻抗。通过使用TC层、压电层和c-BAs基衬底的剪切声阻抗之间的这种关系，可以限制TC层和压电层中的声波。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述TC层设置在所述c-BAs基衬底与所述压电层之间。在本实施例中，所述器件还包括覆盖所述压电层和所述IDT的钝化层。如此布置的TC层除了TC之外，还可以在压电层与c-BAs基衬底之间提供更好的粘合或接合。至于钝化层，它可以保护器件的核心区域不受周围环境的影响，从而延长器件的使用寿命。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述钝化层由包括氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)中的至少一种或两种的介电材料制成。这些材料较不容易受到周围环境的影响或腐蚀。
在第一方面的一个示例性实施例中，声波(例如，其主模式)是表面声波(surfaceacoustic wave，SAW)、Lamb波和剪切水平板波中的一种。这意味着所述器件可以用于激励不同类型的声波(取决于IDT的配置参数、压电层的厚度和结晶取向等)，从而更灵活使用器件。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述压电层由以下制成：钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、氮化铝(AlN)、钪(Sc)或钇(Y)掺杂的AlN(AlScxN,AlN:Y)、碘酸锂(LiIO3)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸钾(KNbO3)、铌酸钠(NaNbO3)、钆掺杂的氧化铈(Gd:CeO2)或石英。这些材料具有适合器件正常运行的压电特性。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述压电层由以下制成：θY-X LiTaO3，其中，θ＝(20°–65°)∪(115°–135°)；或θY-X LiNbO3，其中，θ＝(0°–90°)∪(115°–135°)。LiTaO3或LiNbO3的这些切割可以提供不同的机电耦合系数(K2)和波极化，从而更灵活地使用器件(例如，如果意欲将器件用于窄带宽滤波器中，则大的K2可能会有问题，反之亦然，因此，θY-XLiTaO3或θY-X LiNbO3的角度θ应从上文指示的角度范围中适当地选择)。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述压电层和所述TC层中的每一个具有基于在所述压电层中所述声波的所述主模式的所述波长定义的厚度。具有这种厚度值的TC层可以提供合适的TC。
在一个示例性实施例中，所述TC层设置在所述c-BAs基衬底与所述压电层之间。在本实施例中，所述压电层和所述TC层中的每一个的所述厚度在0.1λ至0.5λ的范围内，其中，λ是在所述压电层中所述声波的所述主模式的所述波长。TC层和压电层的这种厚度的组合可以允许实现最低的频率温度系数(temperature coefficient of frequency，TCF)(理想情况下等于0ppm/K)。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述TC层覆盖所述压电层和所述IDT。在本实施例中，所述压电层的所述厚度在0.15λ至λ的范围内，所述TC层的所述厚度在0.15λ至0.5λ的范围内，其中，λ是在所述压电层中所述声波的所述主模式的所述波长。TC层和压电层的这种厚度的组合可以允许实现最低的频率温度系数(temperature coefficient offrequency，TCF)(理想情况下等于0ppm/K)。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述TC层设置在所述c-BAs基衬底与所述压电层之间。在本实施例中，所述器件还包括设置在所述c-BAs基衬底与所述TC层之间的富陷阱材料层。富陷阱材料层可以用于防止电荷积聚在材料界面处，电荷积聚在材料界面处可能会对器件的运行产生不利影响。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述TC层覆盖所述压电层和所述IDT。在本实施例中，所述器件还包括设置在所述c-BAs基衬底与所述压电层之间的富陷阱材料层。富陷阱材料层可以用于防止电荷积聚在材料界面处，电荷积聚在材料界面处可能会对器件的运行产生不利影响。
在第一方面的一个示例性实施例中，所述富陷阱材料层的厚度在0.1λ到λ的范围内，其中，λ是在所述压电层中所述声波的所述主模式的所述波长。富陷阱材料层的此厚度值范围可以与器件的其它层一起提供器件的适当电声特征。
根据第二方面，提供了一种RF滤波器。所述RF滤波器包括至少一个声波谐振器，每个声波谐振器包括：根据第一方面所述的至少一个器件；两个反射器，布置成使得所述至少一个器件中的每个器件的所述IDT位于所述两个反射器之间。如此配置的RF滤波器可以提供宽带无杂散响应。此外，如此配置的RF滤波器可以以单芯片或多芯片方式与多工器内的一个或多个(类似或其它)RF滤波器共同集成。
根据第三方面，提供了一种多工器。所述多工器包括电路卡、根据第二方面所述的至少两个RF滤波器、至少一个第一阻抗匹配组件和至少一个第二阻抗匹配组件。所述至少两个RF滤波器中的每个RF滤波器安装在所述电路卡上。所述至少一个第一阻抗匹配组件中的每个第一阻抗匹配组件布置在所述电路卡上，用于提供所述至少两个RF滤波器与所述至少两个RF滤波器中的每个RF滤波器要耦合到的天线之间的阻抗匹配。所述至少一个第二阻抗匹配组件中的每个第二阻抗匹配组件布置在所述电路卡上，用于提供所述至少两个RF滤波器与所述至少两个RF滤波器中的每个RF滤波器要耦合到的射频集成电路(radiofrequency integrated circuit，RFIC)之间的阻抗匹配。通过使用两个或两个以上RF滤波器的组合，多工器可以在不同的高频频带中提供高效的RF滤波。
在阅读以下具体实施方式并查看附图后，本公开的其它特征和优点将是显而易见的。
附图说明
下文结合附图解释本公开，其中：
图1示出了第一示例性实施例提供的用于产生声波的器件的示意性截面图；
图2示出了第二示例性实施例提供的用于产生声波的器件的示意性截面图；
图3示出了第三示例性实施例提供的用于产生声波的器件的示意性俯视图；
图4A和图4B示出了<100>Si基衬底的FSAW器件(图4A)和图1的器件(图4B)的模拟导纳的比较结果；
图5示出了一个示例性实施例提供的声波谐振器的示意性框图；
图6示出了一个示例性实施例提供的多工器的示意性框图。
具体实施方式
结合附图进一步详细地描述了本公开的各种实施例。但是，本公开可能以许多其它形式体现，而且不应解释为限于在以下描述中论述的任何特定结构或功能。相反，提供这些实施例是为了使本公开的描述详细和完整。
根据详细描述，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本公开的范围包括本文中所公开的本公开的任何实施例，无论该实施例是独立实现还是结合本公开的任何其它实施例实现。例如，本文公开的装置在实践中可以通过使用本文提供的任何数量的实施例来实现。此外，应当理解，本公开的任何实施例都可以使用所附权利要求中提出的一个或多个特征来实现。
词语“示例性”在本文中用于“用作说明”的含义。除非另有说明，否则本文描述为“示例性”的任何实施例不应解释为优选的或具有优于其它实施例的优点。
为了方便起见，任何定位术语，如“左”、“右”、“上”、“下”、“上方”、“下方”、“水平”、“垂直”等在本文可以用于根据附图描述一个元件或特征与一个或多个其它元件或特征的关系。应该显而易见的是，定位术语旨在涵盖本文公开的装置的不同取向，以及附图中描绘的一个或多个取向。作为示例，如果想象将图中的装置顺时针旋转90度，则相对于其它元件或特征描述为“左”和“右”的元件或特征将分别定向在其它元件或特征的“上方”和“下方”。因此，本文中使用的定位术语不应解释为对本发明的任何限制。
此外，虽然本文可以使用如“第一”、“第二”等数字术语来描述各种实施例、元件或特征，但应当理解，这些实施例、元件或特征不应受到此数字术语的限制。本文使用这个数字术语仅仅是为了将一个实施例、元件或特征与另一个实施例、元件或特征区分开。例如，下面讨论的第一示例性实施例可以称为第二示例性实施例，反之亦然，而不背离本公开的指导。
目前，薄膜表面声波(film surface acoustic wave，FSAW)器件广泛应用于不同的无线通信应用(例如，RF滤波器、多工器等)中。通常，FSAW器件具有多层结构。FSAW器件的特性取决于用于FSAW器件的多层结构中的压电材料、支撑衬底和其它层。优选地，使用具有高K2的压电材料，例如钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)或氮化铝(AlN)的不同晶体切割。支撑衬底通常由高声速支撑材料(例如Si)制成。但是，在FSAW器件的多层结构中仅使用这种衬底的主要缺点是高阶/带外杂散模式的自然累积。此外，为了温度补偿(temperaturecompensation，TC)目的，在FSAW器件的多层结构中包括附加层(例如，Si、氧化硅(SiO2)等)。但是，已知Si(支撑衬底)/SiO2(TC层)界面会产生额外的界面电荷，这会显著降低FSAW器件的RF性能。可选地，可以将粗糙或多晶硅薄层(例如，1μm厚)添加到FSAW器件的多层结构中，并用作“富陷阱”层，以防止不必要的RF耦合通过衬底，这可能会降低基于FSAW器件的RF滤波器的性能。但是，添加富陷阱层会显著增加整个制造复杂性，并因此限制构成多层堆叠的其它层的替代沉积技术/优化的选择。
本文公开的示例性实施例提供了一种技术方案，所述技术方案可以减轻或者甚至消除现有技术特有的上述缺点。具体地，本文公开的示例性实施例涉及用于产生声波的立方砷化硼(c-BAs)基多层器件。更具体地，所述器件包括c-BAs基衬底、设置在所述c-BAs基衬底上的压电层，以及设置在所述压电层上的叉指换能器(interdigital transducer，IDT)。所述IDT用于响应于施加的RF信号而激励所述声波。所述器件还包括温度补偿(temperature compensation，TC)层，设置在所述c-BAs基衬底与所述压电层之间或覆盖所述压电层和所述IDT。通过使用所述c-BAs基衬底，可以最大限度地减少所述器件中不同材料界面处传播的杂散声波的数量。因此，在将使用所述器件的RF电路(例如，RF滤波器或多工器)中，在不使用任何外部组件(例如，电容器、电感器、变压器等的组合)或附加谐振器的情况下，提供对杂散声波模式的抑制或衰减。
图1示出了第一示例性实施例提供的用于产生声波的器件100的示意性截面图。器件100旨在用于RF滤波器和多工器。如图所示，器件100具有多层结构，所述多层结构包括c-BAs基衬底102、设置在c-BAs基衬底102上的压电层104、设置在压电层104与c-BAs基衬底102之间的TC层106，以及形成在压电层104的表面上的IDT。
为了简单起见，图1中仅示出了连接到IDT的单独电汇流条的两个金属梯形电极(或换句话说，指状电极)108、110。本领域的技术人员将认识到，IDT可以包括多个(例如，数百个)电极，这些电极以叉指形格式沿X方向布置在压电层104的表面上。IDT的电极可以由铝、铝铜合金、铜、铜铝合金、铬、钛、钨、金、钯、钼或其任何组合制成。选择电极108和110之间的间距112以提供响应于施加的RF信号而由IDT激励的声波的所需波长。IDT是本领域熟知的，因此在此省略其操作的细节。例如，波长与间距112之间的关系可以如下表示：λ＝2×间距，其中，λ是在压电层104中声波的主模式的波长。通常，IDT中的电极的形状和电极的间距由现有制造技术的能力决定，例如微影(例如，光刻、电子束光刻)、3D打印、物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)、化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、干湿蚀刻、激光烧蚀、电解沉积(例如，电镀)等。IDT可以用于以表面声波(surfaceacoustic wave，SAW)、Lamb波或剪切水平板波的形式激励声波。
c-BAs基衬底102可以相对较厚(例如，其厚度可以基于应用于器件100的紧凑性、强度和散热要求和/或现有制造技术的能力来定义)。优选地，c-BAs基衬底102具有结晶取向<111>、<110>或<100>。如果使用结晶取向<111>，则欧拉角优选地定义为(45°，54.74°，0°)，在角度周围具有一定范围(例如，+/–15度)。c-BAs是半导体行业中现在特别感兴趣的一种材料。它具有高双极性载流子迁移率，同时具有1300W/(m·K)的超高热导率。用于FSAW器件应用的c-BAs的主要优点是，它的剪切波相速度高于在器件100的多层结构中布置在其上方的典型压电材料(LiNbO3和LiTaO3)的剪切波相速度。这使人们可以将声波限制在器件100的上层(波导)中，最大限度地减少体辐射损耗，并因此提高器件的性能。下表1呈现了与声学器件应用相关的c-BAs的一些参数与硅和钇铝石榴石(YAG)的比较(在表1中，Vsh是相速度，ρ是材料密度，εr是相对介电常数，CTE代表热膨胀系数)。此外，c-BAs基衬底102可以以实用和经济的方式制造，因为B、As是丰富的矿物并且晶体制造技术成本低廉。在一些实施例中，c-BAs基衬底102可以制成n型和p型掺杂。
表1：Si、BAs和YAG的参数比较
压电层104可以由以下压电材料中的任一种制成：钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、氮化铝(AlN)、钪(Sc)或钇(Y)掺杂的AlN(AlScxN,AlN:Y)、碘酸锂(LiIO3)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸钾(KNbO3)、铌酸钠(NaNbO3)、钆掺杂的氧化铈(Gd:CeO2)和石英。优选地，压电层104可以由θY-X LiTaO3制成，其中，θ＝(20°–65°)∪(115°–135°)，或θY-X LiNbO3，其中，θ＝(0°–90°)∪(115°–135°)。本领域技术人员将认识到，符号“θY-XLiTaO3”或“θY-X LiNbO3”是指θ-旋转(相对于结晶X轴)Y-切割的LiTaO3或LiNbO3，并且激励声波的传播方向与晶体X轴对齐。压电层104可以具有基于声波的主模式的波长λ定义的厚度。
TC层106可以由剪切声阻抗低于压电层104或c-BAs基衬底102的材料的剪切声阻抗的材料制成。例如，TC层106可以由氧化硅(SiO2)制成。声阻抗可以定义为系统对施加于系统的声压所产生的声流所呈现的阻力，可以通过将材料密度乘以感兴趣的波相速度来计算。TC层106的主要功能是提供器件100的有效温度补偿(temperature compensation，TC)。环境温度的变化以及器件100在高输入功率值下的运行可能会影响器件100本身的温度。频率稳定性随温度的变化用频率温度系数(temperature coefficient of frequency，TCF)来描述。器件100的温度漂移与压电材料的刚度系数随温度的变化有关，但也与影响器件100的尺寸和压电材料密度的热膨胀有关。大多数材料在暴露于升高的温度时会变得“更软”，从而导致声波速度降低(对应于负的一阶TCF)，而其它材料变得“更硬”，并且声波速度随着温度的升高而增加(对应于正的一阶TCF)。例如，LiNbO3、LiTaO3和AlN具有负的TCF值，而氧化硅具有正的TCF值。通过将这些材料组合在一起并仔细选择它们的尺寸，可以设计具有零或接近零TCF值的器件100。除了其主要的TC功能外，TC层106还用于在压电层104与c-BAs基衬底102之间提供接合或粘合。类似地，TC层106可以具有基于声波的主模式的波长λ定义的厚度。在优选实施例中，压电层104和TC层106中的每一个的厚度在0.1λ至0.5λ的范围内。
可选地，器件100可以包括设置在TC层106与c-BAs基衬底102之间的附加富陷阱材料层114。如在本文公开的示例性实施例中所使用的，富陷阱层可以指具有高密度的电活性载流子陷阱的层(例如，这种陷阱的密度可以根据构成器件100的多层结构的其它层的特性来选择)。富陷阱材料可以由任何多晶材料表示，例如多晶硅及其掺杂版本。此外，富陷阱材料层114可以具有基于声波的主模式的波长λ定义的厚度。在一个优选实施例中，富陷阱材料层114具有在0.1λ到λ的范围内的厚度。
尽管图1中未示出，但器件100可以包括覆盖压电层104和IDT(即，IDT的电极和电极间间隔)的可选钝化层。钝化层可以由SiO2、氮化硅(Si3N4)或它们的组合制成。
图2示出了第二示例性实施例提供的用于产生声波的器件200的示意性截面图。器件200旨在用于RF滤波器和多工器。类似于器件100，器件200具有多层结构，所述多层结构包括c-BAs基衬底202、设置在c-BAs基衬底202上的压电层204、设置在压电层204与c-BAs基衬底202之间的TC层206，以及形成在压电层104的表面上的IDT。为了简单起见，图2再次仅示出了IDT的两个金属梯形电极或指状电极208、110，它们连接到IDT的单独的电汇流条。通常，器件200的压电层204、TC层206和IDT可以分别以与器件100的压电层104、TC层106和IDT相同或相似的方式配置。因此，电极208、210之间的间距212可以以与间距112相同或相似的方式定义。
同时，c-BAs基衬底202与c-BAs基衬底102的不同之处在于，它也是包括底层支撑层214和c-BAs层216的层状结构。底层支撑层214可以由石英、金刚石、熔融石英、蓝宝石、钇铝石榴石(YAG)、硅(Si)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)或碳化硅(SiC)制成。c-BAs层216可以是多晶层或者可以具有结晶取向<111>、<110>或<100>。c-BAs层216可以具有也基于在压电层204中声波的主模式的波长定义的厚度。在一个优选实施例中，c-BAs层216的厚度在0.25λ至2λ的范围内，其中，λ是在压电层204中声波的主模式的波长。
可选地，器件200可以包括设置在TC层206与c-BAs基衬底202之间(即，在TC层206与c-BAs层216之间)的附加富陷阱材料层218。富陷阱材料层218可以具有与富陷阱材料层114相同的厚度。
此外，可以将覆盖压电层204和IDT(即IDT的电极和电极间间隔)的可选钝化层添加到器件200的多层结构中。器件200的可选钝化层可以以与器件100的可选钝化层相同或相似的方式制成。
图3示出了第三示例性实施例提供的用于产生声波的器件300的示意性截面图。器件300旨在用于RF滤波器和多工器。与器件100类似，器件300具有多层结构，所述多层结构包括c-BAs基衬底302、设置在c-BAs基衬底302上的压电层304、形成在压电层304的表面上的IDT，以及覆盖压电层304和IDT的TC层306。
为了简单起见，图3再次仅示出了IDT的两个金属梯形电极或指状电极308、310，它们连接到IDT的单独的电汇流条。通常，器件300的c-BAs基衬底302和IDT可以分别以与器件100的c-BAs基衬底102和IDT相同或相似的方式配置。因此，电极308、310之间的间距312可以以与间距112相同或相似的方式定义。在另一实施例中，c-BAs基衬底302可以以与c-BAs基衬底202相同或相似的方式实现。
对于压电层304和TC层306，它们可以分别由与压电层104和TC层106相同的材料制成，但是它们的厚度优选在以下不同的范围内：对于压电层304为0.15λ至λ，对于TC层306为0.15λ至0.5λ。此外，由于TC层306覆盖压电层304和TC层306，因此TC层306还作为器件300的多层结构中的钝化层。
可选地，器件300可以包括设置在压电层304与c-BAs基衬底302之间的附加富陷阱材料层314。富陷阱材料层314可以以与富陷阱材料层114相同或相似的方式制成。
需要说明的是，可能存在一些其它实施例，其中，可以使用声速为4000m/s到5500m/s和/或剪切声阻抗为10MRayl到40MRayl的任何其它衬底来代替c-BAs基衬底102、202或302。换句话说，可以用剪切声速和/或剪切声阻抗在上述范围内的任何材料来代替c-BAs。
图4A和图4B示出了<100>Si基衬底的FSAW器件(图4A)和器件100(图4B)的模拟导纳的比较结果。具体地，在器件100中使用<111>c-BAs基衬底102。模拟导纳由两条曲线表示：“G”与电导(即导纳的实部)有关，“Y”与绝对导纳有关。可以观察到选择合适的晶体取向的影响：对于<100>Si基衬底的FSAW器件，在2500至3000MHz的范围内存在杂散模式，而在具有<111>c-BAs基衬底的器件100的情况下，这些杂散模式被有效地抑制。
图5示出了一个示例性实施例提供的声波谐振器500的示意性框图。声波谐振器500包括用于产生声波的器件502和两个(例如，分布式)反射器504和506。器件502可以实现为器件100、200、300之一。反射器504和506可以制成金属栅板。反射器502和504被形成为使得器件502的IDT置于它们之间。更具体地，反射器502和504沿着由IDT激励的声波的传播方向(即，在图5中IDT的左侧和右侧)布置在器件502的压电层上(即，在压电层104、204或304上)。在此配置中，由IDT激励的声波被反射器502和504中的每一个向IDT重复反射，从而产生共振。需要说明的是，RF滤波器可以包括一个或多个声波谐振器500，所述一个或多个声波谐振器500可以串联连接和/或旁路连接。
图6示出了一个示例性实施例提供的多工器600的示意性框图。多工器600包括电路卡602和五个RF滤波器RF F1至RF F5的阵列604，每个滤波器具有一个或多个声波谐振器500。在一个实施例中，每个RF滤波器RF F1至RF F5可以是相同的。在其它实施例中，RF滤波器RF F1至RF F5可以以不同方式实现(例如，使用不同数量的声波谐振器)。多工器600还包括两个阻抗匹配组件606(例如，实现为电感器和/或电容器)，它们被布置在电路卡602的与RF滤波器RF F1至RF F5相同的表面上。组件606中的一个组件可以用于提供RF滤波器RF F1至RF F5与RF滤波器RF F1至RF F5中的每个RF滤波器要耦合到的天线之间的阻抗匹配，而组件606中的另一个组件可以用于提供RF滤波器RF F1至RF F5与RF滤波器RF F1至RF F5中的每个RF滤波器要耦合到的射频集成电路(radio frequency integrated circuit，RFIC)之间的阻抗匹配。需要说明的是，图6中示出的RF滤波器和阻抗匹配组件的数量仅用于说明性目的，不应理解为本公开的任何限制。
虽然本文描述了本公开的示例性实施例，但需要说明的是，在不偏离由所附权利要求书所定义的法律保护范围的情况下，可以在本公开的实施例中进行任何各种更改和修改。在所附权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件操作，术语“一”或者“一个”不排除多个。在互不相同的附属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。
Claims (21)
1.一种产生声波的器件，其特征在于，包括：
立方砷化硼(c-BAs)基衬底；
压电层，设置在所述c-BAs基衬底上；
设置在所述压电层上的叉指换能器(interdigital transducer，IDT)，所述IDT用于响应于施加的射频(radio frequency，RF)信号而激励所述声波；
温度补偿(temperature compensation，TC)层，设置在所述c-BAs基衬底与所述压电层之间或覆盖所述压电层和所述IDT。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述c-BAs基衬底具有结晶取向<111>、<110>或<100>。
3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述c-BAs基衬底包括底层支撑层和设置在所述底层支撑层上的c-BAs层。
4.根据权利要求3所述的器件，其特征在于，所述底层支撑层由石英、金刚石、熔融石英、蓝宝石、钇铝石榴石(YAG)、硅(Si)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)或碳化硅(SiC)制成。
5.根据权利要求3或4所述的器件，其特征在于，所述c-BAs层是多晶层或具有结晶取向<111>、<110>或<100>。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的器件，其特征在于，所述c-BAs层具有基于在所述压电层中所述声波的主模式的波长定义的厚度。
7.根据权利要求6所述的器件，其特征在于，所述c-BAs层的所述厚度在0.25λ至2λ的范围内，其中，λ是在所述压电层中所述声波的所述主模式的所述波长。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的器件，其特征在于，所述TC层的剪切声阻抗低于所述压电层或所述c-BAs基衬底的剪切声阻抗。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的器件，其特征在于，所述TC层设置在所述c-BAs基衬底与所述压电层之间，并且其中，所述器件还包括覆盖所述压电层和所述IDT的钝化层。
10.根据权利要求9所述的器件，其特征在于，所述钝化层由包括氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)中的至少一种的介电材料制成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的器件，其特征在于，所述声波是表面声波(surface acoustic wave，SAW)、Lamb波和剪切水平板波中的一种。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的器件，其特征在于，所述压电层由以下制成：钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、氮化铝(AlN)、钪(Sc)或钇(Y)掺杂的AlN(AlScxN,AlN:Y)、碘酸锂(LiIO3)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸钾(KNbO3)、铌酸钠(NaNbO3)、钆掺杂的氧化铈(Gd:CeO2)或石英。
13.根据权利要求12所述的器件，其特征在于，所述压电层由以下制成：
θY-X LiTaO3，其中，θ＝(20°–65°)∪(115°–135°)；或
θY-X LiNbO3，其中，θ＝(0°–90°)∪(115°–135°)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的器件，其特征在于，所述压电层和所述TC层中的每一个具有基于在所述压电层中所述声波的所述主模式的所述波长定义的厚度。
15.根据权利要求14所述的器件，其特征在于，所述TC层设置在所述c-BAs基衬底与所述压电层之间，并且其中，所述压电层和所述TC层中的每一个的所述厚度在0.1λ至0.5λ的范围内，其中，λ是在所述压电层中所述声波的所述主模式的所述波长。
16.根据权利要求14所述的器件，其特征在于，所述TC层覆盖所述压电层和所述IDT，并且其中，所述压电层的所述厚度在0.15λ至λ的范围内，所述TC层的所述厚度在0.15λ至0.5λ的范围内，其中，λ是在所述压电层中所述声波的所述主模式的所述波长。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的器件，其特征在于，所述TC层设置在所述c-BAs基衬底与所述压电层之间，并且其中，所述器件还包括设置在所述c-BAs基衬底与所述TC层之间的富陷阱材料层。
18.根据权利要求1至16中任一项所述的器件，其特征在于，所述TC层覆盖所述压电层和所述IDT，并且其中，所述器件还包括设置在所述c-BAs基衬底与所述压电层之间的富陷阱材料层。
19.根据权利要求17或18所述的器件，其特征在于，所述富陷阱材料层的厚度在0.1λ到λ的范围内，其中，λ是在所述压电层中所述声波的所述主模式的所述波长。
20.一种射频(radio frequency，RF)滤波器，其特征在于，包括：
至少一个声波谐振器，每个声波谐振器包括：
根据权利要求1至19中任一项所述的至少一个器件；
两个反射器，布置成使得所述至少一个器件中的每个器件的所述IDT位于所述两个反射器之间。
21.一种多工器，其特征在于，包括：
电路卡；
根据权利要求20所述的至少两个RF滤波器，所述至少两个RF滤波器中的每个RF滤波器安装在所述电路卡上；
至少一个第一阻抗匹配组件，布置在所述电路卡上，用于提供所述至少两个RF滤波器与所述至少两个RF滤波器中的每个RF滤波器要耦合到的天线之间的阻抗匹配；
至少一个第二阻抗匹配组件，布置在所述电路卡上，用于提供所述至少两个RF滤波器与所述至少两个RF滤波器中的每个RF滤波器要耦合到的射频集成电路(radio frequencyintegrated circuit，RFIC)之间的阻抗匹配。
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