[发明专利]谐振器结构和包括这种谐振器结构的滤波器

说明书

本发明涉及压电谐振器，以及有这种压电谐振器的滤波器。具体而言，本发明涉及一种谐振器结构，它制造起来非常简单，并且具有良好的电特性。

移动通信不断地朝着更小更复杂的手持单元方向发展。朝着这个方向发展要求移动通信装置中元件和结构越来越小巧。射频(RF)滤波器的结构也是这样，尽管要求它的体积越来越小，但与此同时还要求它能够承受相当高的功率，具有非常陡峭的通带边缘，以及非常小的损耗。

现有技术移动电话中使用的射频滤波器常常是离散的声表面波(SAW)滤波器或者陶瓷滤波器。体声波(BAW)谐振器还没有得到广泛应用，部分原因是还没有找到可行的方法将这样的谐振器跟其它电路结合起来。但是，跟声表面波谐振器相比，体声波谐振器具有某些优点。例如，体声波结构更能够承受高功率。

人们知道可以在半导体晶片上制作薄膜体声波谐振器，比如在硅(Si)或者砷化镓(GaAs)这样的晶片上。例如，在1981年2月1日《应用物理通信》杂志第38卷第3期第125～127页K.M.Lakin和J.S.Wang标题是“体声波复合谐振器”的文章上，公开了一种体声波谐振器，它有一个氧化锌(ZnO)压电薄膜，溅射在硅(Si)膜片上。此外，在1985年《I5第39届频率控制年会论文集》第361～366页Hiroaki Satoh，Yasuo Ebata，Hitoshi Suzuki和ChojiNarahara的标题是“空气隙类型的压电复合薄膜谐振器”的文章上公开了具有桥式结构的一种体声波谐振器。

图1画出了具有桥式结构的体声波谐振器的一个实例。这种结构包括基片200上沉积的一个膜片130。这个谐振器的膜片上还有一个底部电极110、一个压电层100和一个顶部电极120。通过腐蚀掉顶部的一部分基片，在膜片和基片之间产生一个间隙210。这个间隙被用作一个声音绝缘体，将振动的谐振器跟基片隔离开来。

下面首先描述某些类型的体声波谐振器。

体声波谐振器通常都是在硅(Si)、砷化镓(GaAs)、玻璃或者陶瓷基片上做成的。使用的另外一种陶瓷基片是氧化铝。体声波器件通常都是用各种薄膜制造技术制造的，比如溅射、真空蒸发或者化学汽相淀积。体声波器件利用压电薄膜层产生体声波。典型体声波器件的谐振频率在0.5GHz到5GHz范围之内，具体是多少取决于器件的大小和材料。体声波振荡器具有晶体振荡器典型的串连和并联谐振现象。谐振频率主要由谐振器的材料和谐振器那些层的大小决定。

典型的体声波振荡器包括三个基本要素：

-一个能够用声音激励的压电层，

-压电层相对两面上的电极，和

-跟基片的声音隔离。

压电层可以是例如ZnO、AlN、ZnS或者是能够在薄膜上制造的任何其它压电材料。作为另外一个例子，也可以将铁电陶瓷作为压电材料。例如，可以是PbTiO₃和Pb(Zr_xTi_1-x)O₃以及所谓的铅镧锆酸盐钛酸盐系的其它成员。

用于形成电极层的材料是导电材料。电极可以采用任何合适的金属，比如钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、镍(Ni)、钛(Ti)、铌(Nb)、银(Ag)、金(Au)和钽(Ta)。基片一般都包括例如Si、SiO₂、GaAs、玻璃或者陶瓷材料。

声音绝缘可以通过例如以下技术来制作：

-用一个基片过孔，

-一个微观桥式结构，或者

-一个声镜结构。

在过孔和桥式结构中，声音反射表面是器件下面和上面的空气界面。桥式结构通常都是用一个牺牲层制作的，它被腐蚀掉产生一个自立结构。利用牺牲层就能够使用各种各样的基片材料，因为不需要将基片改变很多，就象过孔结构中一样。桥式结构也可以用一个腐蚀坑结构来制作，在这种情况下，必须在体声波谐振器下面的基片或者材料层上蚀刻出于一个坑，以便产生自立的桥式结构。

图2说明产生桥式结构各种方式的一个实例。在沉积体声波结构的其它层以前，首先沉积形成一个牺牲层135。体声波结构的其余部分部分地在牺牲层135的顶部沉积形成。体声波结构的其余部分结构完成以后，将牺牲层135腐蚀掉。图3也画出了基片200、薄膜层130、底部电极110、压电层100和顶部电极120。牺牲层可以用例如陶瓷、金属或者聚合材料做成。