專利名稱：諧振器和濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諧振器加工領(lǐng)域，并且特別地，涉及一種諧振器和濾波器。
背景技術(shù)：
利用壓電薄膜在厚度方向的縱向諧振所制成的薄膜壓電體波諧振器，目前已經(jīng)在高速串行數(shù)據(jù)應(yīng)用等多個方面成為聲表面波器件和石英晶體諧振器的可行的替代。射頻前端體波壓電濾波器/雙工器提供優(yōu)越的濾波特性，例如低插入損耗、陡峭的過渡帶、較大的功率容量、較強的抗靜電放電(ESD)能力等。具有超低頻率溫度漂移的高頻薄膜壓電體波振蕩器，其相位噪聲低，功耗低且?guī)捳{(diào)制范圍大。除此之外，這些微型薄膜壓電諧振器在硅襯底上使用互補式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)兼容的加工工藝，這樣可以降低單位成本，并有利于最終與CMOS電路集成。薄膜壓電諧振器包括一個聲反射結(jié)構(gòu)和兩個電極，以及位于上下電極之間的被稱作壓電激勵的壓電層。有時也將下電極和上電極稱為激勵電極，其作用是引起諧振器各層的機械振蕩。聲反射結(jié)構(gòu)在薄膜壓電諧振器和基底之間形成聲學(xué)隔離。Q值是諧振器儲存的總能量與諧振器通過各種途徑損耗的能量的比值。薄膜壓電諧振器Q值的提升有助于提高濾波器的通帶插入損耗及滾降，保證薄膜壓電濾波器性能。圖1是傳統(tǒng)的薄膜壓電諧振器的截面圖。聲反射結(jié)構(gòu)D是在基底上形成的空氣腔，聲波在下電極與空氣腔的界面處反射，從而形成諧振結(jié)構(gòu)。聲反射結(jié)構(gòu)還可以由其他形式的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如由基底上一系列高聲阻抗層與低聲阻抗層相間排列而成，它的作用是將基底的聲阻抗近似轉(zhuǎn)化為空氣的聲阻抗。通常將上電極T、壓電層P、下電極B以及聲反射結(jié)構(gòu)D的重疊部分定義為薄膜壓電諧振器的有效區(qū)域(對于包含其他結(jié)構(gòu)的電極的諧振器中，有效區(qū)域是指這些電極、壓電層、聲反射結(jié)構(gòu)的重疊部分)，如圖1的A區(qū)域。通常將在有效區(qū)域之外的上電極部分稱為上電極的引出部分，而將在有效區(qū)域之外的下電極部分稱為下電極的引出部分。上下電極的引出部分作為壓電薄膜諧振器電信號輸入和輸出的路徑，雖然不在諧振器的有效區(qū)域內(nèi)，但是對諧振器的性能有很大的影響。諧振器的上下電極通常選擇聲阻抗較大的材料以達到特定的性能，但聲阻抗較大的材料通常具有較高的電阻率。同時，諧振器的諧振頻率和上下電極的厚度相關(guān)。因此，如果上下電極的引出部分電學(xué)阻抗較大，薄膜壓電諧振器的Q值將會下降。薄膜壓電濾波器可以由多個薄膜壓電諧振器通過電極互聯(lián)的方式構(gòu)成，如果諧振器電極互聯(lián)的部分電學(xué)阻抗較大，濾波器的性能也將受損。針對相關(guān)技術(shù)中的上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
針對相關(guān)技術(shù)中諧振器的輸入阻抗大導(dǎo)致諧振器性能受到不良影響的問題，本發(fā)明提出一種諧振器和濾波器，能夠有效減小諧振器的輸入阻抗，從而提升了諧振器和濾波器的性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了 一種諧振器。該諧振器包括:基底；下電極層，位于基底上方；壓電層，下電極層整體或部分位于壓電層下方；上電極層，位于壓電層上方；連接結(jié)構(gòu)，位于諧振器的有效區(qū)域外，并且與下電極層和/或上電極層電接觸。并且，連接結(jié)構(gòu)的整體或部分覆蓋于上電極層上方，并與上電極層電接觸。此外，連接結(jié)構(gòu)穿過壓電層預(yù)設(shè)的開口，與下電極層電接觸。并且，連接結(jié)構(gòu)包括第一連接結(jié)構(gòu)和第二連接結(jié)構(gòu)，其中，第一連接結(jié)構(gòu)位于有效區(qū)域的一側(cè)，整體或部分覆蓋于上電極層上方，并與上電極層電接觸；第二連接結(jié)構(gòu)位于有效區(qū)域的另一側(cè)，穿過壓電層預(yù)設(shè)的開口，與下電極層電接觸。此外，與上電極層電接觸的連接結(jié)構(gòu)的材料與上電極層的材料相同或不同；與下電極層電接觸的連接結(jié)構(gòu)的材料與下電極層的材料相同或不同。并且，連接結(jié)構(gòu)的材料包括金、鶴、鑰、怕、釘、依、欽鶴、招、欽、或其合金。 此外，該諧振器可進一步包括:聲反射結(jié)構(gòu)，形成于襯底中，位于下電極層下方。并且，連接結(jié)構(gòu)與諧振器的有效區(qū)域之間的距離大于或等于諧振頻率時該諧振器中聲波波長的二分之一。并且，連接結(jié)構(gòu)與諧振器的有效區(qū)域之間的距離大于或等于0.1 μ m。并且,連接結(jié)構(gòu)的厚度為0.01 μ m至100 μ m。并且,連接結(jié)構(gòu)的厚度為0.1 μ m至10 μ m。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了 一種濾波器。該濾波器包括:連接結(jié)構(gòu)、以及并排設(shè)置的第一諧振器和第二諧振器。其中，第一諧振器和第二諧振器均包括:基底；下電極層，位于基底上方；壓電層，位于下電極層上方；上電極層，位于壓電層上方；其中，連接結(jié)構(gòu)位于第一諧振器和第二諧振器的有效區(qū)域之外，并且與第一諧振器的下電極層、第一諧振器的上電極層、第二諧振器的下電極層、第二諧振器的上電極層中的至少之一電接觸。此外，第一諧振器和第二諧振器共用上電極層，連接結(jié)構(gòu)位于第一諧振器和第二諧振器的有效區(qū)域之間、覆蓋在共用的上電極層上方并與共用的上電極層電接觸。并且，第一諧振器包括第一上電極層，第二諧振器包括第二上電極層，連接結(jié)構(gòu)位于第一諧振器和第二諧振器的有效區(qū)域之間，覆蓋在第一上電極層與第二上電極層上方，并與第一上電極層與第二上電極層電接觸。此外，該濾波器進一步包括:第一連接結(jié)構(gòu)，位于第一諧振器的有效區(qū)域之外遠離第二諧振器的一側(cè)，第一連接結(jié)構(gòu)穿過第一諧振器的壓電層上預(yù)設(shè)的開口與第一諧振器的下電極層電接觸；和/或第二連接結(jié)構(gòu)，位于第二諧振器的有效區(qū)域之外遠離第一諧振器的一側(cè)，第二連接結(jié)構(gòu)穿過第二諧振器的壓電層上預(yù)設(shè)的開口與第二諧振器的下電極層電接觸。并且，連接結(jié)構(gòu)位于第一諧振器和第二諧振器的有效區(qū)域之間，并且連接結(jié)構(gòu)與第一諧振器的上電極層電接觸，并且連接結(jié)構(gòu)進一步穿過壓電層預(yù)設(shè)的開口與第二諧振器的下電極層電接觸。 此外，該濾波器進一步包括:第一連接結(jié)構(gòu)，位于第一諧振器的有效區(qū)域之外遠離第二諧振器的一側(cè)，第一連接結(jié)構(gòu)穿過第一諧振器的壓電層上預(yù)設(shè)的開口與第一諧振器的下電極層電接觸；和/或第二連接結(jié)構(gòu)，位于第二諧振器的有效區(qū)域之外遠離第一諧振器的一側(cè)，第二連接結(jié)構(gòu)整體或部分覆蓋于第二諧振器的上電極層上方并與第二諧振器的上電極層電接觸。并且，連接結(jié)構(gòu)與每個諧振器的有效區(qū)域之間的距離大于或等于諧振頻率時該諧振器中聲波波長的二分之一。

并且，連接結(jié)構(gòu)與每個諧振器的有效區(qū)域之間的距離大于或等于0.1 μ m。并且，連接結(jié)構(gòu)的厚度為0.01 μ 至100 μ 。并且,連接結(jié)構(gòu)的厚度為0.1 μ m至10 μ m。本發(fā)明通過增加連接結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)與至少一個電極層連接，能夠有效降低諧振器的輸入阻抗，從而有效提高諧振器和濾波器的性能(避免諧振器的Q值下降)，并且連接結(jié)構(gòu)位于在諧振器的有效區(qū)域之外，因此不會影響諧振器的正常工作。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是相關(guān)技術(shù)中諧振器的結(jié)構(gòu)圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的諧振器的結(jié)構(gòu)圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的諧振器的結(jié)構(gòu)圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的濾波器的結(jié)構(gòu)圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的濾波器的結(jié)構(gòu)圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的濾波器的結(jié)構(gòu)圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的濾波器中諧振器互連的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的濾波器中諧振器互連的示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了 一種諧振器。根據(jù)本發(fā)明實施例的諧振器包括:基底；下電極層，位于基底上方；壓電層，下電極層整體或部分位于壓電層下方；上電極層，位于壓電層上方；連接結(jié)構(gòu)，位于諧振器的有效區(qū)域外，并且與下電極層和/或上電極層電接觸。實際上，諧振器可以包括各種方式設(shè)置的電極層，而不僅限于上述的上電極層和下電極層。在其他實施例中，諧振器不僅包括下電極層和上電極層，還可以包括更多的電極層。在另一些實施例中，諧振器僅包括下電極層或上電極層。在一個實施例中，連接結(jié)構(gòu)的整體或部分覆蓋于上電極層上方，并與上電極層電接觸(后面將參照圖2進行詳細描述)。在另一實施例中，連接結(jié)構(gòu)穿過壓電層預(yù)設(shè)的開口，與下電極層電接觸(后面將參照圖3進行詳細描述)。在再一實施例中，連接結(jié)構(gòu)可以包括第一連接結(jié)構(gòu)和第二連接結(jié)構(gòu)，其中，第一連接結(jié)構(gòu)位于有效區(qū)域的一側(cè)，整體或部分覆蓋于上電極層上方，并與上電極層電接觸；第二連接結(jié)構(gòu)位于有效區(qū)域的另一側(cè)，穿過壓電層預(yù)設(shè)的開口，與下電極層電接觸?？蛇x地，與上電極層電接觸的連接結(jié)構(gòu)的材料與上電極層的材料相同或不同；與下電極層電接觸的連接結(jié)構(gòu)的材料與下電極層的材料相同或不同。另外，上述諧振器可以進一步包括:聲反射結(jié)構(gòu)，形成于襯底中，位于下電極層下方，聲反射結(jié)構(gòu)與上電極層和下電極層的重疊部分形成了諧振器的有效區(qū)域。另外，為了避免連接結(jié)構(gòu)影響諧振器的性能，連接結(jié)構(gòu)與諧振器的有效區(qū)域之間的距離大于或等于諧振頻率時該諧振器中聲波波長的二分之一。在可選實施例中，連接結(jié)構(gòu)與諧振器的有效區(qū)域之間的距離大于或等于0.1 μ m。下面將參照附圖，對本發(fā)明的諧振器的多個實施例進行詳細描述。圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜壓電諧振器的結(jié)構(gòu)截面圖。如圖2所示，根據(jù)該實施例的薄膜壓電諧振器包括:基底E，聲反射結(jié)構(gòu)D，下電極B，壓電層P，上電極T以及連接結(jié)構(gòu)C。上電極T、壓電層P、下電極B以及聲反射結(jié)構(gòu)D的重疊部分定義為薄膜壓電諧振器的有效區(qū)域A。上電極T包括在有效區(qū)域的部分Tl和引出部分T2。連接結(jié)構(gòu)C位于上電極的引出部分T2上。連接結(jié)構(gòu)C的材料為低電阻率材料，如金(Au)、鎢(W)、鑰(Mo)、鉬(Pt)，釕(Ru)、銥(Ir)、鈦鎢(TiW)、鋁(Al)、鈦(Ti)等類似金屬或其合金，但并不局限于以上材料。連接結(jié)構(gòu)C能夠減小諧振器引出部分的電學(xué)阻抗，保證諧振器的Q值。連接結(jié)構(gòu)C與有效區(qū)域A的距離d大于0.1 μ m。在實際的諧振器結(jié)構(gòu)中，為了避免連接結(jié)構(gòu)C影響諧振器的有效區(qū)域，距離d通常大于諧振頻率時諧振器中聲波波長的二分之一。例如，諧振器的諧振頻率為2GHz時，距離d通常大于2 μ m。如果距離d小于諧振頻率時諧振器中聲波波長的二分之一，連接結(jié)構(gòu)C將影響諧振器的主模振動，產(chǎn)生多種寄生模式；主模的能量耦合到寄生模式中，諧振器的Q值下降，影響諧振器的性能。
連接結(jié)構(gòu)C的厚度范圍為0.01 μ m至100 μ m,適宜的厚度范圍為0.1 μ m至10 μ m。連接結(jié)構(gòu)C可以跨過上電極的引出部分T2與壓電層接觸，也可以完全在上電極T的引出部分T2之上。在連接結(jié)構(gòu)C與上電極的引出部分T2之間以及連接結(jié)構(gòu)C與壓電層P之間可以加入粘附層(未在圖中示出)提高粘附性，粘附層的材料包括鉻(Cr)、鈦(Ti)等，但并不局限于以上材料。上電極T和下電極B由如下金屬構(gòu)成，如金(Au)、鎢(W)、鑰(Mo)、鉬(Pt)，釕(Ru)、銥(Ir)、鈦鎢(TiW)、鋁(Al)、鈦(Ti)等類似金屬或其合金，但并不局限于以上材料。上電極的材料與連接結(jié)構(gòu)C的材料可以相同，也可以不同。壓電層P由以下材料構(gòu)成，如氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈮酸鋰(LiNb03)、石英(quartz)、銀酸鉀(KNb03)或鉭酸鋰(LiTa03)等材料,但不局限于以上材料。在圖2中，聲反射結(jié)構(gòu)D是在基底上形成的空氣腔。聲反射結(jié)構(gòu)還可以由其他形式的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如由基底上一系列高聲阻抗層與低聲阻抗層相間排列而成。圖3是根據(jù)本發(fā)明另一施例的薄膜壓電諧振器的結(jié)構(gòu)截面圖。如圖3所示，根據(jù)該實施例的薄膜壓電諧振器包括:基底E，聲反射結(jié)構(gòu)D，下電極B，壓電層P，上電極T以及連接結(jié)構(gòu)C。上電極T、壓電層P、下電極B以及聲反射結(jié)構(gòu)D的重疊部分定義為薄膜壓電諧振器的有效區(qū)域A。下電極B包括在有效區(qū)域的部分BI和引出部分B2。連接結(jié)構(gòu)C位于下電極B的引出部分B2上。連接結(jié)構(gòu)C的材料為低電阻率材料，如金(Au)、鎢(W)、鑰(Mo)、鉬(Pt)，釕(Ru)、銥(Ir)、鈦鎢(TiW)、鋁(Al)、鈦(Ti)等類似金屬或其合金，但并不局限于以上材料。連接結(jié)構(gòu)C能夠減小諧振器引出部分的電學(xué)阻抗，保證諧振器的Q值。連接結(jié)構(gòu)C與有效區(qū)域A的距離d大于0.1 μ m。在實際的諧振器結(jié)構(gòu)中，為了避免連接結(jié)構(gòu)C影響諧振器的有效區(qū)域，距離d通常大于諧振頻率時諧振器中聲波波長的二分之一。例如，諧振器的諧振頻率為2GHz時，距離d通常大于2 μ m。如果距離d小于諧振頻率時諧振器中聲波波長的二分之一，連接結(jié)構(gòu)C將影響諧振器的主模振動，產(chǎn)生多種寄生模式；主模的能量耦合到寄生模式中，諧振器的Q值下降，影響諧振器的性能。連接結(jié)構(gòu)C的厚度范圍為0.01 μ m至100 μ m,適宜的厚度范圍為0.1 μ m至10 μ m?？梢酝ㄟ^刻蝕的方法將壓電層P開窗，使連接結(jié)構(gòu)C與下電極B的引出部分B2相接觸。連接結(jié)構(gòu)C可以僅位于開窗的引出部分B2上，也可以跨過開窗于壓電層P接觸。在連接結(jié)構(gòu)C與下電極B的引出部分B2之間以及連接結(jié)構(gòu)C與壓電層P之間可以加入粘附層(未在圖中示出)提高粘附性，粘附層的材料包括鉻(Cr)、鈦(Ti)等，但并不局限于以上材料。上電極T和下電極B由如下金屬構(gòu)成，如金(Au)、鎢(W)、鑰(Mo)、鉬(Pt)，釕(Ru)、銥(Ir)、鈦鎢(TiW)、鋁(Al)、鈦(Ti)等類似金屬或其合金，但并不局限于以上材料。下電極的材料與連接結(jié)構(gòu)C的材料可以相同，也可以不同。壓電層P由以下材料構(gòu)成，如氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈮酸鋰(LiNb03)、石英(quartz)、銀酸鉀(KNb03)或鉭酸鋰(LiTa03)等材料,但不局限于以上材料。
在圖3中，聲反射結(jié)構(gòu)D是在基底上形成的空氣腔。聲反射結(jié)構(gòu)還可以由其他形式的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如由基底上一系列高聲阻抗層與低聲阻抗層相間排列而成。應(yīng)當(dāng)注意，以上對諧振器各個實施例的描述僅僅用于說明和解釋，本發(fā)明的保護范圍并不限于此，對于具有不同電極設(shè)置方式的諧振器，同樣可以設(shè)置連接結(jié)構(gòu)與這些電極連接。根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供了一種濾波器，其中包括連接結(jié)構(gòu)、以及并排設(shè)置的第一諧振器和第二諧振器。具體地，第一諧振器和第二諧振器均包括:基底；下電極層，位于基底上方；壓電層，位于下電極層上方；上電極層，位于壓電層上方；其中，連接結(jié)構(gòu)位于第一諧振器和第二諧振器的有效區(qū)域之外，并且與第一諧振器的下電極層、第一諧振器的上電極層、第二諧振器的下電極層、第二諧振器的上電極層中的至少之一電接觸。在一個實施例中，第一諧振器和第二諧振器共用上電極層，連接結(jié)構(gòu)位于第一諧振器和第二諧振器的有效區(qū)域之間、覆蓋在共用的上電極層上方并與共用的上電極層電接觸(后面將結(jié)合圖4對該實施例進行詳細描述)。在另一實施例中，第一諧振器包括第一上電極層，第二諧振器包括第二上電極層，連接結(jié)構(gòu)位于第一諧振器和第二諧振器的有效區(qū)域之間，覆蓋在第一上電極層與第二上電極層上方，并與第一上電極層與第二上電極層電接觸(后面將結(jié)合圖5對該實施例進行詳細描述)。并且，在可選的實施例中，濾波器除了包括上述連接結(jié)構(gòu)之外，還可以進一步包括:第一連接結(jié)構(gòu)，位于第一諧振器的有效區(qū)域之外遠離第二諧振器的一側(cè)，第一連接結(jié)構(gòu)穿過第一諧振器的壓電層上預(yù)設(shè)的開口與第一諧振器的下電極層電接觸；和/或第二連接結(jié)構(gòu)，位于第二諧振器的有效區(qū)域之外遠離第一諧振器的一側(cè)，第二連接結(jié)構(gòu)穿過第二諧振器的壓電層上預(yù)設(shè)的開口與第二諧振器的下電極層電接觸。在再一實施例中，連接結(jié)構(gòu)位于第一諧振器和第二諧振器的有效區(qū)域之間，并且連接結(jié)構(gòu)與第一諧振器的上電極層電接觸，并且連接結(jié)構(gòu)進一步穿過壓電層預(yù)設(shè)的開口與第二諧振器的下電極層電接觸(后面將結(jié)合圖6對該實施例進行詳細描述)。并且，在可選的實施例中，濾波器除了包括上述連接結(jié)構(gòu)之外，還可以進一步包括:第一連接結(jié)構(gòu)，位于第一諧振器的有效區(qū)域之外遠離第二諧振器的一側(cè)，第一連接結(jié)構(gòu)穿過第一諧振器的壓電層上預(yù)設(shè)的開口與第一諧振器的下電極層電接觸；和/或第二連接結(jié)構(gòu)，位于第二諧振器的有效區(qū)域之外遠離第一諧振器的一側(cè)，第二連接結(jié)構(gòu)整體或部分覆蓋于第二諧振器的上電極層上方并與第二諧振器的上電極層電接觸。下面將結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的濾波器的多個實施例。圖7示出了薄膜壓電濾波器的一種基本單元。如圖7所示，濾波器由串聯(lián)諧振器S和并聯(lián)諧振器P通過電學(xué)連接構(gòu)成，并聯(lián)諧振器P的諧振頻率比串聯(lián)諧振器S的諧振頻率低。串聯(lián)諧振器S的上電極Tl和并聯(lián)諧振器P的上電極T2連接。
圖4示出了這種濾波器基本單元的結(jié)構(gòu)截面圖?；締卧慕Y(jié)構(gòu)包括:基底E，串聯(lián)諧振器S，并聯(lián)諧振器P以及連接結(jié)構(gòu)C。串聯(lián)諧振器S包括聲反射結(jié)構(gòu)D1，下電極BI，壓電層Pl，上電極Tl ;并聯(lián)諧振器P包括聲反射結(jié)構(gòu)D2，下電極B2，壓電層P2，上電極T2，質(zhì)量負載M2;串聯(lián)諧振器S的上電極Tl、壓電層P1、下電極BI以及聲反射結(jié)構(gòu)Dl的重疊部分定義為串聯(lián)諧振器S的有效區(qū)域Al ;并聯(lián)諧振器P的上電極T2、壓電層P2、下電極B2以及聲反射結(jié)構(gòu)D2的重疊部分定義為并聯(lián)諧振器P的有效區(qū)域A2。串聯(lián)諧振器S的上電極Tl和并聯(lián)諧振器P的上電極T2通過互聯(lián)部分T連接。連接結(jié)構(gòu)C位于引出部分T上。連接結(jié)構(gòu)C的材料為低電阻率材料，如金(Au)、鎢(W)、鑰(Mo)、鉬(Pt)，釕(Ru)、銥(Ir)、鈦鎢(Tiff)、鋁(Al)、鈦(Ti)等類似金屬或其合金，但并不局限于以上材料。連接結(jié)構(gòu)C能夠減小濾波器基本單元互聯(lián)的電學(xué)阻抗，提高濾波器基本單元的通帶插入損耗，保證濾波器基本單元的性能。連接結(jié)構(gòu)C與有效區(qū)域Al的距離dl以及連接結(jié)構(gòu)C與有效區(qū)域A2的距離d2大于0.1 μ m。在實際的諧振器結(jié)構(gòu)中，為了避免連接結(jié)構(gòu)C影響串聯(lián)諧振器S和并聯(lián)諧振器P的有效區(qū)域，距離dl和d2通常大于諧振頻率時諧振器中聲波波長的二分之一。例如，諧振器的諧振頻率為2GHz時，距離dl和d2通常大于2 μ m。如果距離d小于諧振頻率時諧振器中聲波波長的二分之一，連接結(jié)構(gòu)C將影響諧振器的主模振動，產(chǎn)生多種寄生模式，濾波器的通帶平坦度下降；主模的能量耦合到寄生模式中，諧振器的Q值下降，影響濾波器的性倉泛。連接結(jié)構(gòu)C的厚度范圍為0.01 μ m至100 μ m,適宜的厚度范圍為0.1 μ m至10 μ m。在連接結(jié)構(gòu)C與互聯(lián)部分T之間可以加入粘附層(未在圖中示出)提高粘附性，粘附層的材料包括鉻(Cr)、鈦(Ti)等，但并不局限于以上材料。上電極T1、T2和下電極B1、B2以及互聯(lián)部分T由如下金屬構(gòu)成，如金(Au)、鎢(W)、鑰(Mo)、鉬(Pt)，釕(Ru)、銥(Ir)、鈦鎢(TiW)、鋁(Al)、鈦(Ti)等類似金屬或其合金，但并不局限于以上材料。上電極T1、T2的材料與互聯(lián)部分T的材料以及連接結(jié)構(gòu)C的材料可以相同，也可以不同。壓電層Pl和Ρ2由以下材料構(gòu)成，如氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)、銀酸鋰(LiNb03)、石英(quartz)、銀酸鉀(KNb03)或鉭酸鋰(LiTa03)等材料,但不局限于以上材料。在圖4中，聲反射結(jié)構(gòu)D是在基底上形成的空氣腔。聲反射結(jié)構(gòu)還可以由其他形式的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如由基底上一系列高聲阻抗層與低聲阻抗層相間排列而成。在圖4的結(jié)構(gòu)中，并聯(lián)諧振器通過在上電極之上添加質(zhì)量負載降低諧振頻率。在其他的實現(xiàn)方式中，質(zhì)量負載可以添加在其他的位置，如上電極之下，或者下電極之上，或者下電極之下。當(dāng)濾波器中串聯(lián)諧振器和另一個串聯(lián)諧振器互聯(lián)或者并聯(lián)諧振器和另一個并聯(lián)諧振器互聯(lián)時，可以采取同樣的方式減小互聯(lián)部分的電學(xué)阻抗。濾波器可以由多個這樣的基本單元級聯(lián)而成。通過在互聯(lián)部分之上加入連接結(jié)構(gòu)，能夠提高濾波器的通帶插入損耗，保證濾波器的性能。同時，解決了在濾波器的設(shè)計中互聯(lián)的諧振器之間的距離難題，為濾波器的設(shè)計提供更多的自由度。圖5示出了圖7中濾波器基本單元的結(jié)構(gòu)截面圖的另一種實現(xiàn)形式。
圖5的結(jié)構(gòu)與圖4的結(jié)構(gòu)基本相同，其區(qū)別在于，圖5中串聯(lián)諧振器S和并聯(lián)諧振器P僅通過連接結(jié)構(gòu)C形成電學(xué)連接。連接結(jié)構(gòu)C位于上電極Tl的引出部分和上電極T2的引出部分上。連接結(jié)構(gòu)C的材料為低電阻率材料，如金(Au)、鎢(W)、鑰(Mo)、鉬(Pt)，釕(Ru)、銥(Ir)、鈦鎢(TiW)、鋁(Al)、鈦(Ti)等類似金屬或其合金，但并不局限于以上材料。連接結(jié)構(gòu)C能夠減小濾波器基本單元互聯(lián)的電學(xué)阻抗，提高濾波器基本單元的通帶插入損耗，保證濾波器基本單元的性能。圖8示出了薄膜壓電濾波器的另一種基本單元。如圖8所示，濾波器由串聯(lián)諧振器S和并聯(lián)諧振器P通過電學(xué)連接構(gòu)成，并聯(lián)諧振器P的諧振頻率比串聯(lián)諧振器S的諧振頻率低。串聯(lián)諧振器S的上電極Tl和并聯(lián)諧振器P的下電極B2連接。圖6示出了這種濾波器基本單元的結(jié)構(gòu)截面圖。基本單元的結(jié)構(gòu)包括:基底E，串聯(lián)諧振器S，并聯(lián)諧振器P以及連接結(jié)構(gòu)C。串聯(lián)諧振器S包括聲反射結(jié)構(gòu)D1，下電極BI，壓電層Pl，上電極Tl ;并聯(lián)諧振器P包括聲反射結(jié)構(gòu)D2，下電極B2，壓電層P2，上電極T2，質(zhì)量負載M2;串聯(lián)諧振器S的上電極Tl、壓電層P1、下電極BI以及聲反射結(jié)構(gòu)Dl的重疊部分定義為串聯(lián)諧振器S的有效區(qū)域Al ;并聯(lián)諧振器P的上電極T2、壓電層P2、下電極B2以及聲反射結(jié)構(gòu)D2的重疊部分定義為并聯(lián)諧振器P的有效區(qū)域A2。串聯(lián)諧振器S的上電極Tl和并聯(lián)諧振器P的下電極B2通過連接結(jié)構(gòu)C形成電學(xué)連接。連接結(jié)構(gòu)C位于上電極Tl的引出部分和下電極B2的引出部分上。連接結(jié)構(gòu)C的材料為低電阻率材料，如金(Au)、鎢(W)、鑰(Mo)、鉬(Pt)，釕(Ru)、銥(Ir)、鈦鎢(TiW)、鋁(Al)、鈦(Ti)等類似金屬或其合金，但并不局限于以上材料。連接結(jié)構(gòu)C能夠減小濾波器基本單元互聯(lián)的電學(xué)阻抗，提高濾波器基本單元的通帶插入損耗，保證濾波器基本單元的性能。連接結(jié)構(gòu)C與有效區(qū)域Al的距離dl以及連接結(jié)構(gòu)C與有效區(qū)域A2的距離d2大于0.1 μ m。在實際的諧振器結(jié)構(gòu)中，為了避免連接結(jié)構(gòu)C影響串聯(lián)諧振器S和并聯(lián)諧振器P的有效區(qū)域，距離dl和d2通常大于諧振頻率時諧振器中聲波波長的二分之一。例如，諧振器的諧振頻率為2GHz時，距離dl和d2通常大于2 μ m。如果距離d小于諧振頻率時諧振器中聲波波長的二分之一，連接結(jié)構(gòu)C將影響諧振器的主模振動，產(chǎn)生多種寄生模式，濾波器的通帶平坦度下降；主模的能量耦合到寄生模式中，諧振器的Q值下降，影響濾波器的性倉泛。連接結(jié)構(gòu)C的厚度范圍為0.01 μ m至100 μ m,適宜的厚度范圍為0.1 μ m至10 μ m。在連接結(jié)構(gòu)C與上電極Tl和下電極B2之間可以加入粘附層(未在圖中示出)提高粘附性，粘附層的材料包括鉻(Cr)、鈦(Ti)等，但并不局限于以上材料。當(dāng)濾波器中串聯(lián)諧振器和另一個串聯(lián)諧振器互聯(lián)或者并聯(lián)諧振器和另一個并聯(lián)諧振器互聯(lián)時，可以采取同樣的方式減小互聯(lián)部分的電學(xué)阻抗。同時，當(dāng)串聯(lián)諧振器的下電極Tl和并聯(lián)諧振器的上電極連接時，可以采取同樣的方式減小互聯(lián)部分的電學(xué)阻抗。濾波器可以由多個這樣的基本單元級聯(lián)而成。通過在互聯(lián)部分之上加入連接結(jié)構(gòu)，能夠提高濾波器的通帶插入損耗，保證濾波器的性能。同時，解決了在濾波器的設(shè)計中互聯(lián)的諧振器之間的距離難題，為濾波器的設(shè)計提供更多的自由度。應(yīng)當(dāng)注意，以上對濾波器各個實施例的描述僅僅用于說明和解釋，本發(fā)明的保護范圍并不限于此，在濾波器中的諧振器具有不同電極設(shè)置方式的情況下，同樣可以設(shè)置連接結(jié)構(gòu)與這些電極連接，另外，對于其他具有電極結(jié)構(gòu)的濾波器和濾波器，本發(fā)明的上述方案同樣適用。本發(fā)明提出的對濾波器結(jié)構(gòu)的改進不僅能夠提高薄膜壓電諧振器Q值以及保證薄膜壓電濾波器性能，并且解決了在濾波器的設(shè)計中互聯(lián)的諧振器之間的距離難題，為濾波器的設(shè)計提供更多的自由度。綜上所述，借助于本發(fā)明的上述技術(shù)方案，通過在諧振器中增加連接結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)與至少一個電極層連接，能夠有效降低諧振器的輸入阻抗，從而有效提高諧振器和濾波器的性能(避免諧振器的Q值下降)，并且連接結(jié)構(gòu)位于在諧振器的有效區(qū)域之外，因此不會影響諧振器的正常工作。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種諧振器，其特征在于，包括: 基底； 下電極層，位于所述基底上方； 壓電層，所述下電極層整體或部分位于所述壓電層下方； 上電極層，位于所述壓電層上方； 連接結(jié)構(gòu)，位于所述諧振器的有效區(qū)域外，并且與所述下電極層和/或所述上電極層電接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)的整體或部分覆蓋于所述上電極層上方，并與所述上電極層電接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)穿過壓電層預(yù)設(shè)的開口，與所述下電極層電接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)包括第一連接結(jié)構(gòu)和第二連接結(jié)構(gòu)，其中，所述第一連接結(jié)構(gòu)位于所述有效區(qū)域的一側(cè)，整體或部分覆蓋于所述上電極層上方，并與所述上電極層電接觸；所述第二連接結(jié)構(gòu)位于所述有效區(qū)域的另一側(cè)，穿過壓電層預(yù)設(shè)的開口，與所述下電極層電接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項所述的諧振器，其特征在于，與上電極層電接觸的連接結(jié)構(gòu)的材料與上電極層的材料相同或不同；與下電極層電接觸的連接結(jié)構(gòu)的材料與下電極層的材料相同或不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧振器，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)的材料包括金、鎢、鑰、鉬、釕、銥、鈦鶴、招、鈦、或其合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其特征在于，進一步包括: 聲反射結(jié)構(gòu)，形成于所述襯底中，位于所述下電極層下方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4和7中任一項所述的諧振器，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)與所述諧振器的有效區(qū)域之間的距離大于或等于諧振頻率時該諧振器中聲波波長的二分之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4和7中任一項所述的諧振器，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)與所述諧振器的有效區(qū)域之間的距離大于或等于0.1 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-4和7中任一項所述的諧振器，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)的厚度為 0.01 μ m 至 100 μ m。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-4和7中任一項所述的諧振器，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)的厚度為 0.1 μ m 至 10 μ m。
12.一種濾波器，其特征在于，包括連接結(jié)構(gòu)、以及并排設(shè)置的第一諧振器和第二諧振器，所述第一諧振器和第二諧振器均包括: 基底； 下電極層，位于基底上方； 壓電層，位于下電極層上方； 上電極層，位于所述壓電層上方； 其中，所述連接結(jié)構(gòu)位于所述第一諧振器和所述第二諧振器的有效區(qū)域之外，并且與所述第一諧振器的下電極層、所述第一諧振器的上電極層、所述第二諧振器的下電極層、所述第二諧振器的上電極層中的至少之一電接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的濾波器，其特征在于，所述第一諧振器和所述第二諧振器共用上電極層，所述連接結(jié)構(gòu)位于所述第一諧振器和所述第二諧振器的有效區(qū)域之間、覆蓋在共用的所述上電極層上方并與共用的所述上電極層電接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的濾波器，其特征在于，所述第一諧振器包括第一上電極層，所述第二諧振器包括第二上電極層，所述連接結(jié)構(gòu)位于所述第一諧振器和所述第二諧振器的有效區(qū)域之間，覆蓋在所述第一上電極層與所述第二上電極層上方，并與所述第一上電極層與所述第二上電極層電接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的濾波器，其特征在于，進一步包括: 第一連接結(jié)構(gòu)，位于所述第一諧振器的有效區(qū)域之外遠離所述第二諧振器的一側(cè)，所述第一連接結(jié)構(gòu)穿過所述第一諧振器的壓電層上預(yù)設(shè)的開口與所述第一諧振器的下電極層電接觸；和/或 第二連接結(jié)構(gòu)，位于所述第二諧振器的有效區(qū)域之外遠離所述第一諧振器的一側(cè)，所述第二連接結(jié)構(gòu)穿過所述第二諧振器的壓電層上預(yù)設(shè)的開口與所述第二諧振器的下電極層電接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求 12所述的濾波器，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)位于所述第一諧振器和所述第二諧振器的有效區(qū)域之間，并且所述連接結(jié)構(gòu)與所述第一諧振器的上電極層電接觸，并且所述連接結(jié)構(gòu)進一步穿過壓電層預(yù)設(shè)的開口與所述第二諧振器的下電極層電接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的濾波器，其特征在于，進一步包括: 第一連接結(jié)構(gòu)，位于所述第一諧振器的有效區(qū)域之外遠離所述第二諧振器的一側(cè)，所述第一連接結(jié)構(gòu)穿過所述第一諧振器的壓電層上預(yù)設(shè)的開口與所述第一諧振器的下電極層電接觸；和/或 第二連接結(jié)構(gòu)，位于所述第二諧振器的有效區(qū)域之外遠離所述第一諧振器的一側(cè)，所述第二連接結(jié)構(gòu)整體或部分覆蓋于所述第二諧振器的上電極層上方并與所述第二諧振器的上電極層電接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求12-14、16和17中任一項所述的濾波器，其特征在于，連接結(jié)構(gòu)與每個諧振器的有效區(qū)域之間的距離大于或等于諧振頻率時該諧振器中聲波波長的二分之一。
19.根據(jù)權(quán)利要求12-14、16和17中任一項所述的濾波器，其特征在于，連接結(jié)構(gòu)與每個諧振器的有效區(qū)域之間的距離大于或等于0.1 μ m。
20.根據(jù)權(quán)利要求12-14、16和17中任一項所述的濾波器，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)的厚度為0.0lym至100 μπι。
21.根據(jù)權(quán)利要求12-14、16和17中任一項所述的濾波器，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)的厚度為0.1 μ m至10 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種諧振器，該諧振器包括基底；下電極層，位于基底上方；壓電層，下電極層整體或部分位于壓電層下方；上電極層，位于壓電層上方；連接結(jié)構(gòu)，位于諧振器的有效區(qū)域外，并且與下電極層和/或上電極層電接觸。本發(fā)明通過增加連接結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)與至少一個電極層連接，能夠有效降低諧振器的輸入阻抗，從而有效提高諧振器和濾波器的性能(避免諧振器的Q值下降)，并且連接結(jié)構(gòu)位于在諧振器的有效區(qū)域之外，因此不會影響諧振器的正常工作。
文檔編號H03H9/15GK103166596SQ20131012597
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者龐慰, 張孟倫, 張 浩 申請人:天津大學(xué)