專利名稱：諧振器結(jié)構(gòu)和具有這樣的諧振器結(jié)構(gòu)的濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及壓電諧振器和包括壓電諧振器的濾波器。具體地，本發(fā)明涉及具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和在運(yùn)行頻率上有良好電響應(yīng)的諧振器結(jié)構(gòu)。
移動(dòng)電信的發(fā)展繼續(xù)向著更小的和不斷復(fù)雜的手持單元方向進(jìn)行。這種發(fā)展導(dǎo)致對(duì)于移動(dòng)通信裝置中使用的元件和結(jié)構(gòu)的小型化的增長(zhǎng)的需求。這種發(fā)展也關(guān)系到射頻濾波器結(jié)構(gòu)，它不僅不斷地小型化，還應(yīng)當(dāng)能夠承受相當(dāng)大的功率電平，具有非常陡的通帶邊沿和低的損耗。
在現(xiàn)有技術(shù)移動(dòng)電話中使用的RF濾波器常常是分立的聲表面波(SAW)濾波器或陶瓷濾波器。體聲波(BAW)諧振器還沒(méi)有廣泛使用，但它們比起SAW諧振器具有某些優(yōu)點(diǎn)。例如，BAW結(jié)構(gòu)具有良好的、高的功率電平容許量。
已經(jīng)知道，在半導(dǎo)體晶片上，諸如硅(Si)或砷化鎵(GaAs)晶片上，構(gòu)建薄膜體聲波(BAW)諧振器。例如，在K.M.Lakin和J.S.Wang的、題目為“Acoustic Bulk Wave Composite Resonator(體聲波復(fù)合諧振器)”的論文，Applied Physics Letters，Vol.38，No.3，pp.125-127，F(xiàn)eb.1，1981，揭示了體聲波諧振器，它包括被濺射在硅(Si)的薄膜上的氧化鋅(ZnO)的薄膜壓電層。而且，在HiroakiSatoh，Yasuo Ebata，Hitoshi Suzuki，和Choji Narahara的，題目為“An Air-Gap Type Piezoelectric Composite Thin Film Resonator(空氣隙型壓電復(fù)合薄膜諧振器)”的論文中，I5 Proc.39thAnnualSymp.Freq.Control，pp.361-366，1985，揭示了具有橋式結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器。


圖1顯示具有橋式結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器的一個(gè)例子。結(jié)構(gòu)包括被沉積在基片200上的薄膜130。諧振器還包括在薄膜上的底部電極110，壓電層100，和頂部電極120。通過(guò)從頂部一側(cè)蝕刻掉某些基片，在薄膜和基片之間造成一個(gè)縫隙210。縫隙用作為聲隔離器，基本上把振動(dòng)的諧振器結(jié)構(gòu)與基片隔離開(kāi)。
下面，首先描述某些類型的SAW諧振器。
體聲波諧振器典型地被制做在硅(Si)，砷化鎵(GaAs)，玻璃，或陶瓷基片上。使用的另一種陶瓷基片類型是氧化鋁。BAW器件典型地通過(guò)使用各種薄膜制造技術(shù)被制造，諸如濺射，真空蒸發(fā)或化學(xué)汽相沉積。BAW器件使用用于產(chǎn)生體聲波的壓電薄膜層。典型的BAW器件的諧振頻率范圍從0.5GHz到5GHz，取決于器件的尺寸和材料，BAW諧振器呈現(xiàn)晶體諧振器的典型的串聯(lián)和并聯(lián)諧振。諧振頻率主要由諧振器的材料和諧振器的層的尺度確定的。
典型的BAW包含三個(gè)基本單元聲有源壓電層，在壓電層的相對(duì)兩側(cè)處的電極，以及與基片的聲隔離。
壓電層可以是ZnO，AlN，ZnS或可被制做為薄膜的任何其它壓電材料。作為另外的例子，可以使用PbTiO3和Pb(ZrxTi1-x)O3和所謂的鉛鑭鋯鈦?zhàn)宓钠渌蓡T。
被使用來(lái)形成電極層的材料是導(dǎo)電材料。電極可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧辖M成，諸如鎢(W)，鋁(Al)，銅(Cu)，鉬(Mo)，鎳(Ni)，鈦(Ti)，鈮(Nb)，銀(Ag)，金(Au)，和鉭(Ta)?；湫偷赜芍T如Si，SiO2，GaAs，玻璃，或陶瓷那樣的材料組成。
聲隔離可以通過(guò)例如以下的技術(shù)產(chǎn)生通過(guò)一個(gè)基片通孔，通過(guò)微機(jī)械橋式結(jié)構(gòu)，或通過(guò)聲反射鏡結(jié)構(gòu)。
在通孔和橋式結(jié)構(gòu)中，聲反射表面是在器件的上面和下面的空氣界面。橋式結(jié)構(gòu)典型地通過(guò)使用犧牲層被制做，犧牲層被蝕刻，生成無(wú)支撐的結(jié)構(gòu)。犧牲層的使用使得有可能使用各種各樣的基片材料，因?yàn)榛恍枰缓艽蟮匦薷?，正如通孔結(jié)構(gòu)那樣。橋式結(jié)構(gòu)也可以通過(guò)使用蝕刻凹坑結(jié)構(gòu)被產(chǎn)生，在這種情形下，凹坑必須被蝕刻在BAW諧振器下面的基片或材料層上，以便生成無(wú)支撐的橋式結(jié)構(gòu)。
圖2顯示產(chǎn)生橋式結(jié)構(gòu)的各種方式的一個(gè)例子。在BAW結(jié)構(gòu)的其它層沉積之前，犧牲層135首先被沉積和被制做圖案。BAW結(jié)構(gòu)的其余部分在犧牲層135的頂部被部分地沉積和制做圖案。在BAW結(jié)構(gòu)的其余部分完成以后，犧牲層135被蝕刻掉。圖3也顯示基片200，薄膜層130，底部電極110，壓電層100，和頂部電極120。犧牲層可以通過(guò)使用陶瓷，金屬或聚合物材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在通孔結(jié)構(gòu)中，諧振器通過(guò)從BAW諧振器結(jié)構(gòu)的主要部分中蝕刻掉基片而被做成與基片的聲隔離。圖3顯示BAW諧振器的通孔結(jié)構(gòu)。圖4顯示基片200，薄膜層130，底部電極110，壓電層100，和頂部電極120。通孔211被蝕刻成穿過(guò)整個(gè)基片。由于需要蝕刻，通孔結(jié)構(gòu)通常只用Si或GaAs基片來(lái)實(shí)現(xiàn)。
把BAW諧振器與基片隔離開(kāi)的另一個(gè)方法是，使用聲反射鏡結(jié)構(gòu)。聲反射鏡結(jié)構(gòu)通過(guò)把聲波反射到諧振器結(jié)構(gòu)而執(zhí)行隔離的。聲反射鏡典型地包括幾個(gè)具有中心頻率時(shí)的四分之一波長(zhǎng)的厚度的層，另一些具有不同的聲阻抗的層。在聲反射鏡中層的數(shù)目典型地是從三到九層。兩個(gè)接連的層的聲阻抗的比值應(yīng)當(dāng)是大的，以便對(duì)于BAW諧振器呈現(xiàn)盡可能低的聲阻抗，而不是基片材料的相對(duì)較高的阻抗。在四分之一波長(zhǎng)厚度的壓電層的情形下，反射鏡被選擇以使得對(duì)于諧振器呈現(xiàn)盡可能高的聲阻抗。這是在美國(guó)專利5,373,268中揭示的。高聲阻抗層的材料例如可以是金(Au)，鉬(Mo)，或鎢(W)，以及低阻抗的材料例如可以是硅(Si)，聚合硅(聚合Si)，二氧化硅(SiO2)，鋁(Al)，或聚合物。由于在結(jié)構(gòu)中利用聲反射鏡結(jié)構(gòu)，諧振器與基片隔離開(kāi)，基片沒(méi)有被修改很多，各種各樣的材料可被用作為基片。聚合物層可以由任何具有低損耗特性和低聲阻抗的聚合物材料組成。優(yōu)選地，聚合物材料是那種可以經(jīng)得住至少350℃的溫度的，因?yàn)樵诼暦瓷溏R結(jié)構(gòu)和其它結(jié)構(gòu)的其它層沉積期間可能需要相對(duì)較高的溫度。聚合物層例如，可以包括聚酰亞胺，環(huán)酮烯(cyclotene)，碳基材料，硅基材料或任何其它適當(dāng)?shù)牟牧稀?br> 圖4顯示在聲反射鏡結(jié)構(gòu)上部的BAW諧振器的例子。圖4顯示基片200，底部電極110，壓電層100，和頂部電極120。聲反射鏡結(jié)構(gòu)150在本例中包括三層150a，150b。兩個(gè)層150a由第一種材料形成，在兩個(gè)層150a之間的第三層150b由第二種材料形成。第一和第二種材料具有不同的聲阻抗，如前面所述。材料的次序可以改變。例如，具有高的聲阻抗的材料可以是在中間，以及具有低的聲阻抗的材料可以是在中間材料的兩邊，或反之亦然。底部電極也可被用作為聲反射鏡的一個(gè)層。
圖5顯示BAW諧振器結(jié)構(gòu)的再一個(gè)例子。圖5所示的BAW諧振器是具有兩個(gè)壓電層100的堆疊的諧振器結(jié)構(gòu)。除了底部110和底部120電極以外，堆疊結(jié)構(gòu)需要中間電極115，它被連接到地電位。圖6進(jìn)一步顯示薄膜層130，基片200和把結(jié)構(gòu)與基片隔離開(kāi)的蝕刻凹坑210。
諧振器的截止頻率是通過(guò)假定晶體諧振器在橫向方向是無(wú)窮大而被確定的。因此它直接由諧振器結(jié)構(gòu)中的層的材料或由層的厚度被確定。截止頻率是橫向無(wú)窮大的板的機(jī)械諧振頻率。
諧振器(或任何板)的橫向尺度引起橫向諧振模式發(fā)生，以及諧振器的基波諧振頻率或有限的板的諧振頻率或多或少高于或低于它的截止頻率。這種基本橫向諧振模式，或換句話說(shuō)，第一模式橫向諧振相應(yīng)于其中在諧振器區(qū)域的中間有幅度最大值的情形。
在尺度有限的板中，可以有各種機(jī)械振動(dòng)，以及任何橫向諧振模式可被機(jī)械激勵(lì)。當(dāng)交變電壓加到晶體上時(shí)，可以壓電地激勵(lì)某些橫向諧振模式。通常處在不同頻率的這些橫向諧振模式使得諧振器的表面振動(dòng)。壓電激勵(lì)的最強(qiáng)的諧振模式被稱為主模式，其它壓電激勵(lì)模式被稱為寄生諧振模式。寄生諧振模式通常發(fā)生在比諧振器的截止頻率或多或少更低的和/或更高的頻率處。
濾波器的想要的一個(gè)性質(zhì)是在濾波器通帶的頻率處，濾波器的響應(yīng)盡可能平坦。頻率響應(yīng)的變化被稱為起伏(ripple)。例如，在帶通濾波器中，濾波器的頻率響應(yīng)因此在濾波器的帶寬上應(yīng)當(dāng)是恒定的。在阻帶頻率上，起伏通常不是問(wèn)題。
晶體諧振器，例如BAW諧振器，的寄生諧振模式的問(wèn)題在于，用這些諧振器構(gòu)成的濾波器中的起伏至少部分是由諧振器的寄生諧振模式造成的。例如，在K.M.Lakin，G.R.Kline和K.T.McCarron，“Thin film bulk acoustic wave filter for GPS(用于GPS的薄膜體聲波濾波器)”，1992 Ultrasonic Symposium，pp.471-476中描述了這一點(diǎn)。寄生諧振模式使得包括晶體諧振器或BAW諧振器的系統(tǒng)的性質(zhì)惡化。濾波器的頻率響應(yīng)的起伏是寄生諧振的影響的一個(gè)例子。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供諧振器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有良好的電響應(yīng)的諧振器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供容易制做的諧振器結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)在壓電激勵(lì)的區(qū)域的邊緣附近阻尼抑制壓電激勵(lì)波而達(dá)到。
按照本發(fā)明的諧振器結(jié)構(gòu)是包括兩個(gè)導(dǎo)電層和在這兩個(gè)導(dǎo)電層之間的壓電層的諧振器結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電層和壓電層在諧振器結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域上延伸，該第一區(qū)域是諧振器結(jié)構(gòu)的可壓電激勵(lì)的區(qū)域，其特征在于，諧振器結(jié)構(gòu)被安排成有一個(gè)區(qū)，它限定位于諧振器的第一區(qū)域內(nèi)的中心區(qū)域，以及在該區(qū)中的層結(jié)構(gòu)被安排成使得壓電激勵(lì)的振動(dòng)在該區(qū)中比在中心區(qū)域中更有效地被阻尼抑制。
按照本發(fā)明的濾波器是包括至少一個(gè)諧振器結(jié)構(gòu)的濾波器，諧振器結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)導(dǎo)電層和在這兩個(gè)導(dǎo)電層之間的壓電層，所述導(dǎo)電層和壓電層在延諧振器結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域上延伸，該第一區(qū)域是諧振器結(jié)構(gòu)的可壓電激勵(lì)的區(qū)域，其特征在于，諧振器結(jié)構(gòu)被安排成有一個(gè)區(qū)，它限定位于諧振器的第一區(qū)域內(nèi)的中心區(qū)域，以及在該區(qū)中的層結(jié)構(gòu)被安排成使得壓電激勵(lì)的振動(dòng)在該區(qū)中比在中心區(qū)域中更有效地被阻尼抑制。
按照本發(fā)明的諧振器結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)導(dǎo)電層和在這兩個(gè)導(dǎo)電層之間的壓電層。導(dǎo)電層形成諧振器的電極。壓電層可以是壓電晶體或它可以是壓電材料的薄膜層。
諧振器的電激勵(lì)的區(qū)域在這里是指諧振器的所有的電極層和壓電層被延伸到的區(qū)域。在按照本發(fā)明的諧振器結(jié)構(gòu)中，有阻尼區(qū)，它包圍諧振器的電激勵(lì)的區(qū)域的某個(gè)部分。術(shù)語(yǔ)中心區(qū)域在這里是指電激勵(lì)區(qū)域的、在阻尼區(qū)的里面的這個(gè)部分。中心區(qū)域不一定是諧振器區(qū)域的中心。阻尼區(qū)可以部分地或整個(gè)地在壓電激勵(lì)區(qū)域的里面，或它可以剛好在壓電激勵(lì)區(qū)域的外面。在最后的任選項(xiàng)中，壓電激勵(lì)區(qū)域形成中心區(qū)域，在其它的任選項(xiàng)中，壓電激勵(lì)區(qū)域的某個(gè)部分形成中心區(qū)域。
在壓電激勵(lì)區(qū)域的邊緣處進(jìn)行阻尼抑制，抑制了涉及到寄生諧振的更高階的橫向頻率模式。比起一階橫向諧振模式，更高的橫向諧振模式的波的相對(duì)更大的部分被限制于壓電激勵(lì)區(qū)域的邊緣。所以，壓電激勵(lì)的區(qū)域的邊緣的性質(zhì)的修改更多地影響更高階的橫向諧振模式。
比起它限定的中心區(qū)域更好地衰減振動(dòng)的區(qū)可以通過(guò)在諧振器的可壓電激勵(lì)區(qū)域內(nèi)作出一個(gè)具有開(kāi)孔的阻尼層而被構(gòu)建。開(kāi)孔規(guī)定諧振器的中心。例如，阻尼層可以是像框架那樣的層；在這樣的框架樣的層中，在規(guī)定中心區(qū)域的阻尼層中的開(kāi)孔比起阻尼層的總的面積，是相對(duì)更大的。例如，阻尼層可以是有損材料的層，以及它可以作為層結(jié)構(gòu)的任何層而被放置。例如，它可以是在電極的頂部，在頂部電極的下面，或在壓電層與電極之間。
在按照本發(fā)明的諧振器結(jié)構(gòu)中，諧振器的壓電激勵(lì)區(qū)域的形狀或中心區(qū)域的形狀(例如，在阻尼層中開(kāi)孔的形狀)并不限于任何特定的形狀。例如，可能是長(zhǎng)方形，卵形或圓形的中心區(qū)域，以及任何其它形狀。阻尼區(qū)的寬度不需要是均勻的。典型地，在阻尼層上的開(kāi)孔具有與諧振器的壓電激勵(lì)區(qū)域相同的形狀，但開(kāi)孔的尺寸或多或少小于壓電激勵(lì)區(qū)域的尺寸。
按照本發(fā)明的諧振器結(jié)構(gòu)改進(jìn)傳統(tǒng)的晶體諧振器的性質(zhì)，特別是薄膜BAW諧振器的性質(zhì)?，F(xiàn)有技術(shù)BAW諧振器類型的性質(zhì)，例如，上述的那些BAW諧振器類型的性質(zhì)，可以通過(guò)按照本發(fā)明來(lái)修改結(jié)構(gòu)而被改進(jìn)。而且，當(dāng)諧振器的性質(zhì)被改進(jìn)時(shí)，包括諧振器的元件的性質(zhì)也被改進(jìn)。特別是，通過(guò)使用按照本發(fā)明的諧振器結(jié)構(gòu)制造濾波器是有利的。這樣的濾波器可被使用于移動(dòng)通信器件。
現(xiàn)在將作為例子參照優(yōu)選實(shí)施例和參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1顯示按照現(xiàn)有技術(shù)的體聲波諧振器，圖2顯示另一個(gè)具有橋式結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器，圖3顯示具有通孔結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器，圖4顯示由聲反射鏡結(jié)構(gòu)與基片相隔離的的體聲波諧振器，圖5顯示堆疊的體聲波諧振器，
圖6示意地顯示按照本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的示例性諧振器結(jié)構(gòu)的截面，以及相應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)的諧振器結(jié)構(gòu)的截面，圖7顯示在斯密思(Smith)圓圖上按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的諧振器結(jié)構(gòu)的計(jì)算的響應(yīng)，以及圖8示意地顯示按照本發(fā)明的第二和第三優(yōu)選實(shí)施例的示例性諧振器結(jié)構(gòu)的截面。
以上對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的說(shuō)明是參照?qǐng)D1到5作出的。在圖上，相同的參考數(shù)字被使用于相應(yīng)的部件。
阻尼效應(yīng)可以通過(guò)研究?jī)蓚€(gè)諧振器結(jié)構(gòu)600和601的諧振模型而被證實(shí)。圖6上顯示諧振器結(jié)構(gòu)600和601的截面。諧振器結(jié)構(gòu)600和601的220μm寬的壓電激勵(lì)區(qū)域是在諧振器結(jié)構(gòu)600和601的中間的較厚的區(qū)域(諧振器結(jié)構(gòu)600中用參考數(shù)字603，604標(biāo)記)。諧振器結(jié)構(gòu)600是按照本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的諧振器結(jié)構(gòu)的例子，它包括在壓電激勵(lì)區(qū)域內(nèi)在壓電激勵(lì)區(qū)域邊緣處的10μm寬的阻尼的框架樣的區(qū)603。按照本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的諧振器結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域604也呈現(xiàn)在圖6中。
該結(jié)構(gòu)的諧振頻率，例如，使用FEM來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
當(dāng)計(jì)算諧振頻率時(shí)，在結(jié)構(gòu)的不同的區(qū)域處的不同的聲阻尼可以通過(guò)使用品質(zhì)因數(shù)Q來(lái)考慮。品質(zhì)因數(shù)可以對(duì)于每個(gè)區(qū)域分開(kāi)地規(guī)定。大的品質(zhì)因數(shù)是指小的能量損耗(損耗是由振動(dòng)能量變換成熱而造成的)，以及小的Q因數(shù)是指大的能量損耗。諧振器結(jié)構(gòu)600是通過(guò)假定在其中沒(méi)有附加的阻尼的區(qū)域中，品質(zhì)因數(shù)Q具有數(shù)值1000以及在壓電激勵(lì)區(qū)域的邊緣處的10μm寬的區(qū)603中，Q＝50，而被研究的。Q的這些數(shù)值沒(méi)有特別的意義，它們僅僅表示在諧振器結(jié)構(gòu)的各個(gè)區(qū)域中假定的性質(zhì)中的差別。涉及到在各個(gè)區(qū)域中壓電激勵(lì)波的截止頻率在圖6上被顯示為在差值方向上的厚度。區(qū)域603中的截止頻率是與區(qū)域604中的截止頻率相同的，即，這里模擬的、阻尼的框架樣的區(qū)與中心區(qū)域的不同處在于更強(qiáng)的衰減性質(zhì)。
一旦計(jì)算機(jī)械諧振模式和考慮了壓電效應(yīng)(或者在計(jì)算中直接考慮，或者使用不同的技術(shù))，有可能通過(guò)斯密思圓圖給出諧振器結(jié)構(gòu)的行為。圖7給出在斯密思圓圖上兩個(gè)模擬的結(jié)果。當(dāng)在圖7上計(jì)算斯密思圓圖時(shí)，BAW諧振器的阻抗與典型的50Ω阻抗相比較。在斯密思圓圖上，頻率按順時(shí)鐘方向增加。只在基波諧振模式中諧振的諧振器在斯密思圓圖上產(chǎn)生一個(gè)圓。圖上的可能的環(huán)表示寄生諧振頻率。
圖7上的實(shí)線701代表其中圍繞中心區(qū)域沒(méi)有阻尼區(qū)的熟練的現(xiàn)有技術(shù)BAW諧振器的響應(yīng)，以及可以清楚地看到表示寄生諧振模式的環(huán)。虛線702給出其中有框架樣的阻尼區(qū)的諧振器結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。虛線像一個(gè)圓，以及沒(méi)有環(huán)。這些環(huán)被壓縮出輕微的凹陷。
在斯密思圓圖上的虛線表示圍繞壓電激勵(lì)區(qū)域的框架樣的區(qū)改進(jìn)了諧振器結(jié)構(gòu)的性能。虛線比實(shí)線多多少少更接近于圓圖的中心。這意味著，基波諧振模式也略微被阻尼抑制，但阻尼不太強(qiáng)。
阻尼區(qū)可以通過(guò)在諧振器結(jié)構(gòu)中沉積一層損耗薄膜而被構(gòu)建，該層具有規(guī)定在壓電激勵(lì)區(qū)域內(nèi)的中心區(qū)域的開(kāi)孔。損耗薄膜例如可以是聚合物薄膜。在本模擬中，圍繞諧振器中心區(qū)域的阻尼區(qū)比起壓電激勵(lì)區(qū)域的其余部分僅僅具有不同的性質(zhì)。如果具有在可壓電激勵(lì)區(qū)域內(nèi)的開(kāi)孔的厚阻尼層覆蓋另外的實(shí)際均勻的壓電激勵(lì)區(qū)域，則在中心區(qū)域的與壓電激勵(lì)波有關(guān)的截止頻率典型地與在其中存在阻尼區(qū)的壓電激勵(lì)區(qū)域邊緣處的截止頻率不同，這可進(jìn)一步改進(jìn)按照本發(fā)明的諧振器的電性質(zhì)。
圖8a示意地表示作為按照本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的例子的諧振器結(jié)構(gòu)800的截面。在諧振器結(jié)構(gòu)800中，有在基片200上的壓電層100，底部電極110和頂部電極120。在基片200與底部電極110之間的可能的薄膜，縫隙或反射鏡結(jié)構(gòu)在圖8上未示出。而且，諧振器結(jié)構(gòu)800包括在頂部電極120上部的阻尼材料的框架樣的層801。替換地，框架樣的層801可以被放置在電極之間的某個(gè)地方。在框架樣的層801中的開(kāi)孔802限定了諧振器結(jié)構(gòu)800的中心區(qū)域?？蚣軜拥淖枘釋佑锌赡茏龀蛇@樣寬，以使得它在頂部電極的邊緣上延伸，或換句話說(shuō)，在諧振器的壓電激勵(lì)區(qū)域的邊緣上延伸。
圖8b示意地表示按照本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的諧振器結(jié)構(gòu)810的截面。諧振器結(jié)構(gòu)810類似于諧振器結(jié)構(gòu)800，但在諧振器結(jié)構(gòu)810中，替代只延伸到壓電激勵(lì)區(qū)域的框架樣的阻尼層801，而是有在壓電層100的邊緣上延伸的阻尼層803，它覆蓋沒(méi)有被頂部電極覆蓋的、暴露的壓電材料，以及它，例如，是在頂部電極120與壓電層100之間。在這種情形下，阻尼層803也具有在壓電激勵(lì)區(qū)域內(nèi)的開(kāi)孔802。開(kāi)孔802限定了諧振器結(jié)構(gòu)810的中心區(qū)域。模型壓電材料需要防止水汽或適度，以及層803除了作為阻尼層以外，還用作為保護(hù)層。傳統(tǒng)的保護(hù)膜層典型地由SiO2或Si3N4制成，但它并不能有效地阻尼抑制振動(dòng)。
圖8C示意地顯示按照本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例的例子的諧振器結(jié)構(gòu)820的截面。在諧振器結(jié)構(gòu)820中，有框架樣的層804，它包圍可壓電激勵(lì)區(qū)域，而基本上不覆蓋壓電激勵(lì)區(qū)域，以及它由使振動(dòng)衰減的材料制成。這個(gè)諧振器820的中心區(qū)域是諧振器的可壓電激勵(lì)區(qū)域。
圖8所示的BAW諧振器，例如，可以是具有Au(金)底部電極、ZnO或AlN壓電層和Al(鋁)頂部電極的諧振器。替換地，可以使用任何其它適當(dāng)?shù)牟牧嫌糜诎凑毡景l(fā)明的諧振器的電極和壓電層。例如，可以使用結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)BAW諧振器討論的材料。阻尼層，例如，可以是聚酰亞胺。對(duì)于具有約1GHz的諧振頻率的BAW諧振器，Au底部電極的厚度典型地是500nm(納米)，Al頂部電極的厚度典型地是400-600nm(納米)，以及ZnO壓電層的厚度典型地約為2μm。如果使用AlN，則AlN壓電層的厚度在1GHz時(shí)約為3μm。正如技術(shù)上熟知的，諧振頻率取決于諧振器結(jié)構(gòu)中所有的層的厚度和材料。阻尼層的厚度典型地與頂部電極厚度為同一個(gè)量級(jí)。對(duì)于阻尼層的適當(dāng)?shù)暮穸然驅(qū)τ谧枘釋又虚_(kāi)孔的適當(dāng)?shù)男螤詈统叽纾?，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到。
圖8所示的BAW諧振器，作為一個(gè)例子，是在薄膜130上，在該薄膜下面在基片200上有一個(gè)縫隙210。替換地，按照本發(fā)明的諧振器，例如，可以具有橋式結(jié)構(gòu)，通孔結(jié)構(gòu)或聲反射鏡。按照本發(fā)明的諧振器有可能在頂部電極與底部電極之間具有一個(gè)以上的壓電層，類似于在圖5上顯示的。
BAW諧振器在這里被用作為壓電諧振器的例子，其中在壓電激勵(lì)區(qū)域的邊緣處的阻尼區(qū)改進(jìn)諧振器的性能。本發(fā)明并不限于BAW諧振器，以及也可被使用來(lái)改進(jìn)晶體諧振器的性質(zhì)。
表示方向(諸如頂部電極和底部電極)的表示法是指比起基片來(lái)說(shuō)電極的位置。頂部電極是在壓電層的、與基片相對(duì)的一側(cè)，以及底部電極是在壓電層的、與基片相同的一側(cè)。表示方向的、這些和其它可能的表示法被使用來(lái)使得諧振器結(jié)構(gòu)的說(shuō)明更適宜的。這些表示法無(wú)論如何并不限制根據(jù)本發(fā)明的諧振器。
權(quán)利要求
1.諧振器結(jié)構(gòu)(600，800，810，820)，包括兩個(gè)導(dǎo)電層(110，120)和在這兩個(gè)導(dǎo)電層之間的壓電層(100)，所述導(dǎo)電層和壓電層在諧振器結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域上延伸，該第一區(qū)域是諧振器結(jié)構(gòu)的壓電激勵(lì)的區(qū)域，其特征在于，-諧振器結(jié)構(gòu)被安排成有一個(gè)區(qū)(603，801，803，804)，它限定在諧振器的第一區(qū)域內(nèi)的中心區(qū)域(604，802)，以及-在該區(qū)中的層結(jié)構(gòu)被安排成使得壓電激勵(lì)的振動(dòng)在該區(qū)中比在中心區(qū)域中更有效地被阻尼抑制。
2.按照權(quán)利要求1的諧振器結(jié)構(gòu)(800，810，820)，其特征在于，諧振器結(jié)構(gòu)還包括至少一個(gè)材料的層(801，803，804)，該材料有效地阻尼抑制振動(dòng)以及該層具有在第一區(qū)域內(nèi)的開(kāi)孔(802)。
3.按照權(quán)利要求2的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，有效地阻尼抑制振動(dòng)的材料是聚合物材料。
4.按照權(quán)利要求3的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，該材料是聚酰亞胺。
5.按照權(quán)利要求2的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，有效地阻尼抑制振動(dòng)的材料層是與導(dǎo)電層相鄰的。
6.按照權(quán)利要求5的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，有效地阻尼振動(dòng)的材料層是在一個(gè)導(dǎo)電層與壓電層之間的。
7.按照權(quán)利要求1的諧振器結(jié)構(gòu)(810)，其特征在于，有效地阻尼振動(dòng)的材料層至少在壓電層的、不在第一區(qū)域內(nèi)的那個(gè)部分上延伸。
8.按照權(quán)利要求1的諧振器結(jié)構(gòu)(800)，其特征在于，區(qū)(801)是在第一區(qū)域內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求1的諧振器結(jié)構(gòu)(810)，其特征在于，區(qū)(803)至少部分地在第一區(qū)域外。
10.按照權(quán)利要求1的諧振器結(jié)構(gòu)(820)，其特征在于，區(qū)(804)基本上限定了第一區(qū)域。
11.按照權(quán)利要求1的諧振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，它還包括在導(dǎo)電層之間的第二壓電層以及在壓電層之間的導(dǎo)電層。
12.包括至少一個(gè)諧振器結(jié)構(gòu)的濾波器，該諧振器結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)導(dǎo)電層(110，120)和在這兩個(gè)導(dǎo)電層之間的壓電層(100)，所述導(dǎo)電層和壓電層在諧振器結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域上延伸，該第一區(qū)域是諧振器結(jié)構(gòu)的可壓電激勵(lì)的區(qū)域，其特征在于，-諧振器結(jié)構(gòu)被安排成有一個(gè)區(qū)(603，801，803)，它限定在諧振器的第一區(qū)域內(nèi)的中心區(qū)域(604，802)，以及-在該區(qū)中的層結(jié)構(gòu)被安排成使得壓電激勵(lì)的振動(dòng)在該區(qū)中比在中心區(qū)域中更有效地被阻尼抑制。
全文摘要
諧振器結(jié)構(gòu)(600,800,810,820)包括兩個(gè)導(dǎo)電層(110,120)和在這兩個(gè)導(dǎo)電層之間的壓電層(100),所述導(dǎo)電層和壓電層在諧振器結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域上延伸,該第一區(qū)域是諧振器結(jié)構(gòu)的壓電激勵(lì)的區(qū)域。諧振器結(jié)構(gòu)的特征在于,諧振器結(jié)構(gòu)被安排成有一個(gè)區(qū)(603,801,803,804),它限定在諧振器的第一區(qū)域內(nèi)的中心區(qū)域(604,802),以及在該區(qū)中的層結(jié)構(gòu)被安排成使得壓電激勵(lì)的振動(dòng)在該區(qū)中比在中心區(qū)域中更有效地被阻尼。
文檔編號(hào)H03H9/00GK1361939SQ00810665
公開(kāi)日2002年7月31日 申請(qǐng)日期2000年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月19日
發(fā)明者J·凱蒂拉, M·伊利拉米, J·埃萊 申請(qǐng)人:諾基亞有限公司