[发明专利]具有高集成度的HBAR共振器

说明书

技术领域

本发明涉及温度稳定且具有高集成度的高块体声波共振器(HBAR)型共振器、相应的生成方法、以及包括至少一个这种共振器的振荡器和滤波器。

背景技术

机械共振器(即通过金属的机械加工制造，基于由金属壁限定的真空电磁腔)常常用于电子振荡器的温度稳定以及用于在2GHz到20GHz频率范围内且以被动元件为基础的多个信号处理应用(高选择性滤波、窄带检测、编码等)，特别是在空间活动领域。

这种装置被优化以针对其具体应用，例如当寻求使其质量或耦合系数最大化时。

当调整机械共振器以在强电耦合、高质量系数和热稳定性之间提供良好折衷时，这种装置的主要缺陷是高质量和大体积。

微带在被动元件的集成中构成重要步骤，其中被动元件用于在损失热漂移的控制以及具有较低共振质量的情况下，在2GHz到20GHz频率范围内进行频带滤波。被动元件通过在电介质衬底上平版印刷金属迹线而制成，因此允许尺寸显著地减小。然而，即使这些物体的尺寸趋于随着频率升高而减小，但是其仍然具有若干厘米的尺寸。对于2GHz到20GHz频率范围而言，它们仍然大于1厘米。

技术问题在于，提高从2GHz到20GHz频率范围、具有高温度稳定性的高频电子共振器的质量和体积上的集成度。

发明内容

为此，本发明涉及以预定工作频率进行操作的高块体声波共振器(HBAR)型共振器，包括：

压电换能器，由具有第一厚度并具有沿着角φ定向的第一材料的层形成并沿着第一切割角θ1被切割，所述角φ由IEEE Std-176(1949年修订)标准的术语(YXw)/φ限定且等于零，所述第一切割角θ1由IEEE Std-176(1949年修订)标准的术语(YXl)/θ限定，使得仅在材料内的切变波的电声耦合大于5％，换能器具有作为所述第一切割角θ1的函数的频率CTFA的温度系数，

声学衬底，由具有第二厚度且具有沿着角φ定向的第二材料的第二层形成并沿着第二切割角θ2被切割，所述第二材料具有至少等于5.10¹²的工作频率声学质量系数积，所述角φ由IEEE Std-176(1949年修订)标准的术语(YXw)/φ限定且等于零，所述第二切割角θ2由IEEE Std-176(1949年修订)标准的术语(YXl)/θ限定，声学衬底具有与振动的第一切变模式相对应的至少一个极化方向声学衬底具有与至少一个切变模式相对应的一阶CTFB1的频率的温度系数并且取决于所述第二切割角θ2，

反电极，由与换能器的第一表面和所述声学衬底的表面粘附的金属层形成，

电极，布置在换能器的与换能器的第一表面和衬底远离的第二表面上，

其特征在于，

换能器和衬底相对彼此布置，使得换能器的切变模式的极化方向与衬底的至少一个切变模式的与所述第二切割角θ2相对应的极化方向对准，并且

衬底的第二切割角θ2被设置以使得相应的一阶CTFB1的频率的温度系数是绝对值小于20ppm.K^-1的局部极值，并且CTFB1在该θ2值附近的变化是微小的且绝对值小于2ppm.K^-1/度。

根据具体实施方式，HBAR型共振器包括以下特征中的一个或若干特征：

-仅当所述第一厚度与所述第二厚度的比Re小于5％时，对于与换能器的共振的基波或奇次谐波不对应的HBAR共振器的模式而言，共振器的一阶CTF1的频率的温度系数基本上等于一阶CTFB1的频率的温度系数；

-仅当所述第一厚度与所述第二厚度的比Re小于5％时，对于与换能器的共振的基波或奇次谐波不对应的HBAR共振器的模式而言，共振器的一阶CTF1的频率的温度系数值等于由附加的校正项校正的一阶CTFB1的频率的温度系数，所述校正项被写作α.n，n整数指示共振器的谐振模式的谐波阶数，α是取决于厚度的比Re的系数并作为Re的函数而具有减小的绝对值；

-换能器的材料包括在由以下组成的材料组中：

氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)和铌酸钾；

-换能器的材料优选地包括在由以下组成的材料组中：

铌酸锂(LiNbO₃)和钽酸锂(LiTaO₃)；

-声学衬底的材料包括在由以下组成的材料组中：