專利名稱：壓電聲波諧振器和濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諧振器領(lǐng)域，并且特別地，涉及一種壓電聲波諧振器和濾波器。
背景技術(shù)：
隨著無線通信和無線接入的發(fā)展，頻率資源越來越擁擠，不同通信系統(tǒng)頻帶間的保護(hù)間隔越來越小。為了保證每個系統(tǒng)中的每個模塊都能正常工作，互不影響，射頻前端就不得不朝著微型化、集成化、高性能、低功耗和低成本的方向發(fā)展。以壓電薄膜為核心的表面聲波(SAW)技術(shù)雖然可以實現(xiàn)器件微型化，但它存在工作頻率低、插入損耗較大、功率容量較小、易受溫度影響以及與IC(集成電路)工藝不兼容等缺點。相對于SAW，薄膜體聲波諧振器(FBAR)的Q值更高，工作頻率可高達(dá)IOGHz，溫度特性好，承受功率大，插損小。過去十年間，F(xiàn)BAR技術(shù)發(fā)展迅猛，采用體聲波技術(shù)制造的雙工器已經(jīng)在移動電話中被廣泛使用。與此同時，為保證收發(fā)信號不失真，確保傳輸信號的完整性，最新的通訊協(xié)議(例如WCDMA等)都對通信設(shè)備器件提出了更為嚴(yán)苛的線性度方面的要求，特別是對器件產(chǎn)生的交調(diào)失真與諧波失真。因此，F(xiàn)BAR雙·工器非線性方面的研究對于雙工器性能的評測與提升具有十分重要的意義。但是現(xiàn)在通用技術(shù)中壓電聲波諧振器的非線性度都差強人意。如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中的壓電聲波諧振器1000的結(jié)構(gòu)示意圖。壓電聲波諧振器1000由第一電極11、第二電極12、夾在第一電極11和第二電極12之間的壓電層13以及位于第二電極12下方的聲波反射結(jié)構(gòu)組成，本文為了簡化示意圖，在某些圖中省略了聲波反射結(jié)構(gòu)，并且省略了第一電極、第二電極和壓電層的文字標(biāo)識。針對相關(guān)技術(shù)中通信設(shè)備的線性度不高，導(dǎo)致傳輸信號失真以及不完整的問題，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)中通信設(shè)備的線性度不高，導(dǎo)致傳輸信號失真以及不完整的問題，本發(fā)明提出一種壓電聲波諧振器和濾波器，能夠改進(jìn)壓電聲波諧振器的線性度，保證信號的完整性，避免傳輸信號失真。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，提供了一種壓電聲波諧振器。根據(jù)本發(fā)明的壓電聲波諧振器包括第一諧振器單元和第二諧振器單元，每個諧振器單元包括第一電極、壓電層和第二電極，并且，對于每個諧振器單元，壓電層位于第二電極上方，第一電極位于壓電層上方；其中，每個諧振器單元的一個電極連接至信號端，另一電極連接另一諧振器單元，并且電流沿第一方向穿過第一諧振器單元的壓電層，并且沿著第二方向穿過第二諧振器單元的壓電層，第一方向不同于第二方向。一方面，壓電聲波諧振器包括串聯(lián)的第一諧振器單元和第二諧振器單元，其中，第一諧振器單元的第一電極連接至第一信號端，第二諧振器單元的第一電極連接至第二信號端，其中，第一諧振器單元的第二電極與第二諧振器單元的第二電極電連接，或者，第一諧振器單元和第二諧振器單元共用同一第二電極。另一方面，壓電聲波諧振器包括串聯(lián)的第一諧振器單元和第二諧振器單元，其中，第一諧振器單元的第二電極連接至第一信號端，第二諧振器單元的第二電極連接至第二信號端，其中，第一諧振器單元的第一電極與第二諧振器單元的第一電極電連接，或者，第一諧振器單元和第二諧振器單元共用同一第一電極。此外，壓電聲波諧振器包括并聯(lián)的第一諧振器單元和第二諧振器單元，其中，第一諧振器單元的第二電極和第二諧振器單元的第一電極連接至第一信號端，第一諧振器單元的第一電極和第二諧振器單元的第二電極連接至第二信號端。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種壓電聲波濾波器。根據(jù)本發(fā)明的壓電聲波濾波器包括第一壓電聲波諧振器和第二壓電聲波諧振器，第一壓電聲波諧振器和第二壓電聲波諧振器中的至少一個包括第一諧振器單兀和第二諧振器單元，每個諧振器單元具有第一電極、壓電層和第二電極，且壓電層位于第二電極上方，第一電極位于壓電層上方，并且，對于該壓電聲波諧振器中的每個諧振器單兀，該諧振器單元的一個電極連接至信號端，另一電極連接另一諧振器單元，并且電流沿第一方向穿過一諧振器單元的壓電層，并且沿著第二方向穿過另一諧振器單元的壓電層，第一方向不同于第二方向。一方面,在一壓電聲波諧振器中,第一諧振器單兀的第一電極連接至第一信號端，第二諧振器單元的第一電極連接至第二信號端，其中，第一諧振器單元的第二電極與第二諧振器單元的第二電極電連接，或者，第一諧振器單元與第二諧振器單元共用同一第二電極。另一方面，在一壓電聲波諧振器中，第一諧振器單元的第二電極連接至第一信號端，第二諧振器單元的第二電極連接至第二信號端，其中，第一諧振器單元的第一電極與第二諧振器單元的第一電極電連接，或者 ，第一諧振器單元與第二諧振器單元共用同一第一電極。此外，在一壓電聲波諧振器中，第一諧振器單元的第一電極和第二諧振器單元的第二電極連接至第二信號端，第二諧振器單元的第二電極和第二諧振器單元的第一電極連接至接地端。本發(fā)明通過對兩個諧振器單元進(jìn)行改進(jìn)，使電流在諧振器單元的壓電層中的流經(jīng)方向不同，能夠改進(jìn)壓電聲波諧振器的線性度，保證信號的完整性，避免傳輸信號失真，提高了信號傳輸質(zhì)量。


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是現(xiàn)有技術(shù)中的壓電聲波諧振器的示意圖；圖2a是根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波諧振器的一個實施例的示意圖2b是根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波諧振器的另一個實施例的示意圖；圖3a是根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波諧振器的再一個實施例的示意圖；圖3b是根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波諧振器的另一個實施例的示意圖；圖4a_圖4d是采用圖1_圖3b所示連接方式的壓電聲波諧振器的二次諧波測試結(jié)果示意圖；圖5是壓電聲波濾波器的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波濾波器的一個實施例的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波濾波器的另一個實施例的示意圖；圖8a_圖Sc是采用圖5_圖7所示連接方式的壓電聲波濾波器的二次諧波測試結(jié)果示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波濾波器與傳統(tǒng)濾波器組合使用的示意圖。
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(jìn)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?；诒景l(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(hù)的范圍。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種壓電聲波諧振器。根據(jù)本發(fā)明實施例的諧振器包括串聯(lián)連接或并聯(lián)連接的兩個諧振器單元，例如，諧振器包括第一諧振器單元和第二諧振器單元，每個諧振器單元包括第一電極、壓電層和第二電極，并且，對于每個諧 振器單兀，壓電層位于第二電極上方，第一電極位于壓電層上方(第二電極位于聲波反射結(jié)構(gòu)上方)；其中，每個諧振器單元的一個電極連接至信號端，另一電極連接另一諧振器單元，并且電流沿第一方向穿過第一諧振器單元的壓電層，并且沿著第二方向穿過第二諧振器單兀的壓電層，第一方向不同于第二方向。在一個實施例中，如圖2a所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波諧振器為串聯(lián)諧振器2000，包括串聯(lián)的第一諧振器單元2001和第二諧振器單元2002。其中，第一諧振器單元2001的第一電極211連接至第一信號端，第二諧振器單元2002的第一電極221連接至第二信號端，第一諧振器單元2001的第二電極212與第二諧振器單元2002的第二電極222電連接，或者，第一諧振器單元2001與第二諧振器單元2002可以共用同一第二電極，即，第一諧振器單元2001的第二電極與第二諧振器單元2002的第二電極屬于同一金屬層。在另一個實施例中，如圖2b所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波諧振器為串聯(lián)諧振器2000，其中，第一諧振器單元2001的第二電極212連接至第一信號端，第二諧振器單元2002的第二電極222連接至第二信號端，第一諧振器單元2001的第一電極211與第二諧振器單元2002的第一電極221電連接，或者，第一諧振器單元2001與第二諧振器單元2002可以共用同一第一電極，即，第一諧振器單元2001的第一電極與第二諧振器單元2002的第一電極屬于同一金屬層。此外，壓電聲波諧振器中的兩個諧振器單元之間的連接關(guān)系也可以是并聯(lián)關(guān)系。在現(xiàn)有技術(shù)中，如圖3a所示，壓電聲波諧振器為并聯(lián)諧振器3000，其中，第一諧振器單元3001的第一電極311和第二諧振器單元3002的第一電極321連接至第一信號端，第一諧振器單元3001的第二電極312和第二諧振器單元3002的第二電極322連接至第二
信號端。在本發(fā)明的一個實施例中，如圖3b所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波諧振器為并聯(lián)諧振器4000，包括并聯(lián)的第一諧振器單元4001和第二諧振器單元4002。其中，第一諧振器單元4001的第二電極412和第二諧振器單元4002的第一電極411連接至第一信號端，第一諧振器單元4001的第一電極411和第二諧振器單元4002的第二電極422連接至第二
信號端。圖4a_圖4d為諧振器采用圖1_圖3b所示各種連接方式的實際測試結(jié)果。其中，圖4a示出了對圖1所示諧振器1000進(jìn)行測試后的測試結(jié)果；圖4b示出了對圖2a和2b所示諧振器2000進(jìn)行測試后的測試結(jié)果；圖4c示出了對圖3a所示諧振器3000進(jìn)行測試后的測試結(jié)果；圖4(1示出了對圖3b所示諧振器4000進(jìn)行測試后的測試結(jié)果；并且，在圖4a-圖4d中，橫軸為頻率(單位:MHz)，縱軸為能量(單位:dBm)。相比于圖4a所示出的傳統(tǒng)壓電聲波諧振器的信號質(zhì)量測試結(jié)果，如圖4b和圖4d所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波諧振器2000、4000能有效抑制諧振器的二次諧波，而參照圖4c可以看出，現(xiàn)有技術(shù)的壓電聲波諧振器3000因為電流沿著同一方向穿過壓電層，因此壓電聲波諧振器3000對二次諧波不具有抑制效果。應(yīng)當(dāng)注意，出于清楚的目的，圖2a、2b、3a、3b中示出的每個諧振器單元的壓電層是獨立的，而在實際應(yīng)用中，一個壓電聲波諧振器中的諧振器單元可以共用壓電層，可選地，在同一濾波器中的多個壓電聲波諧振器的所有諧振器單元可以共用壓電層。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種壓電聲波濾波器。根據(jù)本發(fā)明實施 例的壓電聲波濾波器包括第一壓電聲波諧振器和第二壓電聲波諧振器。其中，第一壓電聲波諧振器和第二壓電聲波諧振器中的至少一個包括第一諧振器單元和第二諧振器單元(即，該諧振器由第一諧振器單元和第二諧振器單元組成)，每個諧振器單元具有第一電極、壓電層和第二電極，且壓電層位于第二電極上方，第一電極位于壓電層上方，并且，在由第一和第二諧振器單元組成的壓電聲波諧振器中，一個諧振器單元的一個電極連接至信號端，另一電極連接另一諧振器單元，并且電流沿第一方向穿過一諧振器單元的壓電層，并且沿著第二方向穿過另一諧振器單元的壓電層，第一方向不同于第二方向。如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的濾波器5000包括第一壓電聲波諧振器和第二壓電聲波諧振器，第一壓電聲波諧振器包括串聯(lián)的第一諧振器單元(未示出)和第二諧振器單元(未示出)，第二壓電聲波諧振器包括并聯(lián)的第一諧振器單元(未示出)和第二諧振器單元(未示出)。也就是說，在壓電聲波濾波器中，其中包括多個壓電聲波諧振器，而其中至少一個壓電聲波諧振器可以具有兩個諧振器單元，而該諧振器單元滿足以下條件:電流流過這兩個諧振器單元的壓電層的方向是不同的。并且，在一個壓電聲波濾波器中，可以是部分或全部串聯(lián)諧振器滿足該條件，也可以是部分或全部并聯(lián)諧振器滿足該條件，還可以是部分或全部串聯(lián)諧振器、與部分或全部并聯(lián)諧振器均滿足該條件。換而言之，壓電聲波濾波器中的任意部分或全部諧振器都可以采用圖2a、圖2b或圖3b所示的結(jié)構(gòu)，下面將對此進(jìn)行舉例說明。在一個實施例中，如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的濾波器6000包括串聯(lián)連接的第一壓電聲波諧振器和第二壓電聲波諧振器。其中，第一壓電聲波諧振器由第一諧振器單元6001串連第二諧振器單元6002組成，而第二壓電聲波諧振器6003仍然采用傳統(tǒng)的壓電聲波諧振器。第一諧振器單兀6001的第一電極611連接至第一信號端,第二諧振器單兀6002的第一電極612和第二壓電聲波諧振器6003的第一電極連631接至第二信號端，第一諧振器單元6001的第二電極612與第二諧振器單元6002的第二電極622電連接，第二壓電聲波諧振器6003的第二電極接地632，在其他實施例中，第一諧振器單元6001可以與第二諧振器單元6002共用第二電極，第二諧振器單元6002也可以與第二壓電聲波諧振器6003共用第一電極。在另一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明實施例的濾波器的第一壓電聲波諧振器仍然采用傳統(tǒng)的壓電聲波諧振器，而第二壓電聲波諧振器由第三諧振器單元和第四諧振器單元并聯(lián)組成。在一個實施例中，如圖7所示，濾波器7000中的第一壓電聲波諧振器由第一諧振器單元7001和第二諧振器單元7002串聯(lián)而成。第一諧振器單元7001的第一電極711連接至第一信號端，第二諧振器單元7002的第一電極721連接至第二信號端，第一諧振器單元7001的第二電極712與第二諧振器單元7002的第二電極722電連接。在其他實施例中，第一諧振器單元7001與第二諧振器單元7002可以共用第二電極。而第二壓電聲波諧振器由第三諧振器單元7003和第四諧振器單元7004并聯(lián)而成。第三諧振器單元7003的第一電極731和第四諧振器單元7004的第二電極742連接至第二信號端，第三諧振器單元7003的第二電極732和第四諧振器單元7004的第一電極741連接至接地端。 在其他實施例中，第二諧振器單元7002與第三諧振器單元7003可以共用第一電極。圖Sa-圖Sc為上述方案中的三種諧振器連接方式的實際測試結(jié)果，其中，圖8a示出了對圖5所示濾波器500 0進(jìn)行測試后的測試結(jié)果；圖Sb示出了對圖6所示濾波器6000進(jìn)行測試后的測試結(jié)果；圖8c示出了對圖7所示濾波器7000進(jìn)行測試后的測試結(jié)果，并且，在圖8a-圖8c中，橫軸為頻率(單位:MHz)，縱軸為能量(單位:dBm)。如圖8a和圖8b所示，在壓電聲波濾波器5000的基礎(chǔ)上，根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波濾波器6000的基頻率信號在通帶右半?yún)^(qū)域有提升，這是因為濾波器6000只將串聯(lián)枝上的諧振器拆分了 ；將圖8c與圖8a進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，壓電聲波濾波器7000在壓電聲波濾波器5000的基礎(chǔ)上，二次諧波信號在整個通帶頻率均有提升。圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電聲波濾波器與傳統(tǒng)濾波器組合使用的示意圖。如圖9所示，由多個濾波器構(gòu)成的雙工器8000中包括多個濾波器，其中的部分濾波器可以是現(xiàn)有的常規(guī)濾波器，而另一部分濾波器中的部分或全部諧振器可以包括多個諧振器單元，這些諧振器滿足條件:電流流過該諧振器中的諧振器單元的壓電層的方向是不同的。綜上所述，本發(fā)明通過對兩個諧振器單元進(jìn)行改進(jìn)，使電流在諧振器單元的壓電層中的流經(jīng)方向不同，能夠改進(jìn)壓電聲波諧振器的線性度，保證信號的完整性，避免傳輸信號失真，提高了信號傳輸質(zhì)量。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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種壓電聲波諧振器，其特征在于，包括第一諧振器單元和第二諧振器單元，每個諧振器單元包括第一電極、壓電層和第二電極，并且，對于每個諧振器單元，壓電層位于第二電極上方，第一電極位于壓電層上方； 其中，每個諧振器單元的一個電極連接至信號端，另一電極連接另一諧振器單元，并且電流沿第一方向穿過所述第一諧振器單元的壓電層，并且沿著第二方向穿過所述第二諧振器單元的壓電層，所述第一方向不同于所述第二方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電聲波諧振器，其特征在于，所述壓電聲波諧振器包括串聯(lián)的第一諧振器單元和第二諧振器單元，其中，所述第一諧振器單元的第一電極連接至第一信號端，所述第二諧振器單元的第一電極連接至第二信號端，其中，所述第一諧振器單元的第二電極與所述第二諧振器單元的第二電極電連接，或者，所述第一諧振器單元和第二諧振器單元共用同一第二電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電聲波諧振器，其特征在于，所述壓電聲波諧振器包括串聯(lián)的第一諧振器單元和第二諧振器單元，其中，所述第一諧振器單元的第二電極連接至第一信號端，所述第二諧振器單元的第二電極連接至第二信號端，其中，所述第一諧振器單元的第一電極與所述第二諧振器單元的第一電極電連接，或者，所述第一諧振器單元和第二諧振器單元共用同一第一電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電聲波諧振器，其特征在于，所述壓電聲波諧振器包括并聯(lián)的第一諧振器單元和第二諧振器單元，其中，所述第一諧振器單元的第二電極和所述第二諧振器單元的第一電極連接至第一信號端，所述第一諧振器單元的第一電極和所述第二諧振器單元的第二電極連接至第二信號端。
5.—種壓電聲波濾波器,其特征在于，包括第一壓電聲波諧振器和第二壓電聲波諧振器，所述第一壓電聲波諧振器和所述第二壓電聲波諧振器中的至少一個包括第一諧振器單元和第二諧振器單元，每個諧振器`單元具有第一電極、壓電層和第二電極，且壓電層位于第二電極上方，第一電極位于壓電層上方，并且，對于該壓電聲波諧振器中的每個諧振器單元，該諧振器單元的一個電極連接至信號端，另一電極連接另一諧振器單元，并且電流沿第一方向穿過一諧振器單元的壓電層，并且沿著第二方向穿過另一諧振器單元的壓電層，所述第一方向不同于所述第二方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電聲波濾波器,其特征在于,在一壓電聲波諧振器中，第一諧振器單元的第一電極連接至第一信號端，第二諧振器單元的第一電極連接至第二信號端，其中，第一諧振器單元的第二電極與第二諧振器單元的第二電極電連接，或者，所述第一諧振器單元與所述第二諧振器單元共用同一第二電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電聲波濾波器，其特征在于，在一壓電聲波諧振器中，第一諧振器單元的第二電極連接至第一信號端，第二諧振器單元的第二電極連接至第二信號端，其中，第一諧振器單元的第一電極與第二諧振器單元的第一電極電連接，或者，第一諧振器單元與第二諧振器單元共用同一第一電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電聲波濾波器,其特征在于,在一壓電聲波諧振器中,第一諧振器單元的第一電極和第二諧振器單元的第二電極連接至第二信號端，第二諧振器單元的第二電極和第二諧振器單元的第一電極連接至接地端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓電聲波諧振器和濾波器，該諧振器包括第一諧振器單元和第二諧振器單元，每個諧振器單元包括各自獨立的第一電極、壓電層和第二電極，兩個諧振器單元，第一諧振器單元和第二諧振器單元通過電極之間的電連接構(gòu)成壓電聲波濾波器；其中，對于每個諧振器單元，壓電層位于第二電極上方，第一電極位于壓電層上方。本發(fā)明通過對兩個諧振器單元進(jìn)行改進(jìn)，使電流在諧振器單元的壓電層中的流經(jīng)方向不同，能夠改進(jìn)壓電聲波諧振器的線性度，保證信號的完整性，避免傳輸信號失真，提高了信號傳輸質(zhì)量。
文檔編號H03H9/46GK103248334SQ201310167209
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月8日
發(fā)明者龐慰, 胡念楚, 張 浩, 張代化 申請人:天津大學(xué)