[发明专利]压电谐振器结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电谐振器。特别是涉及一种可以提高其电学特性的压电谐振器结构。

背景技术

用于无线通信设备的射频(RF)滤波器中的压电体声波谐振器一股分为两个类型。一种类型称为薄膜体声波谐振器(FBAR)。典型的FBAR结构是由两个金属电极层中间夹着压电材料层组成。两个金属电极都直接与空气接触使声能被控制在压电谐振器腔内。在实际的结构配置中，会在金属电极加附加层以提高FBAR的性能如物理强度，钝化作用及温度补偿。另一种类型称为固态装配型谐振器(SMR)。在SMR中，含有高、低声阻抗层的声反射层起到FBAR一侧或两侧的空气的作用。声反射层表现为极高或极低的声阻抗，因此声能可以被很好地控制在SMR的谐振腔内。

两种类型的压电体声波谐振器都能提供足够的机电耦合系数和品质因数(Q)以使无线通信设备(如手机)中的滤波器和双工器具有较高性能。和Q的乘积反映了谐振器的品质因数(FOM)。通常，FOM值越大基于该谐振器的滤波器更容易达到预期的性能。

每种压电材料都有其固有的机电耦合系数表明了压电材料中电能和声能间的转换效率。当压电材料层两侧都附有金属电极和附加层时，整个器件的可以由串联谐振频率(f_s)和并联谐振频率(f_p)的计算公式得出。已经证明得出其与电极厚度有关，并且在金属电极层厚度与压电层厚度比为某一定值时大于一股来说，具有较大值的谐振器可以使滤波器具有较宽的带宽。

Q值是谐振器储存的总能量与谐振器通过各种途径损耗的能量的比值。如果谐振器工作在纯活塞模式(piston mode)，Q值主要受到与谐振器材料相关的机械Q值限制。在一个尺寸确定的谐振器中，其他的工作模式与其主要活塞模式共存。由于活塞模式是首要考虑的，因此其他模式称为寄生模式，横向模式就是寄生模式的一种。横向模式是受到活塞模式激发而形成的并且在谐振器表面一个边缘向另一边缘传播。横向模式在谐振器边缘经反射形成反射波并于入射波干涉会在谐振器有效激励区内形成驻波。横向模式的声波会在谐振器两侧泄露并进入基底，导致并联谐振频率附近的Q值下降。

与大尺寸压电谐振器相比，小尺寸压电谐振器中更容易形成横向模式，因为横波由谐振器对边反射回到原来边时经过较短的路径。减小小尺寸谐振器横向模式的一个方法是将两个尺寸放大两倍的谐振器串联代替单一谐振器以抑制寄生模式，提高谐振器Qp值。这样做尽管性能得到改善，但是每个芯片大小增加，每个芯片的制造成本也相应增加。这与降低成本这一目标形成矛盾。

另一种降低横向模式的方法是对谐振器边缘“裁剪”，即去掉谐振器一部分，这样谐振器任何两条边都不平行。相对于正方形或矩形谐振器，横向声波在剪切谐振器中由于反射回原边界前需经过多重反射，增加了横向声波的传播路径并降低了横向模式谐振基频。然而，横向模式的变弱并不意味着Q_p得到改善，因为泄露到谐振器外的声能可能没有减少。实际上，非平行边谐振器的Q_p值可能因此而减小，因为在相同面积下非平行边谐振器周长大于方形或矩形谐振器周长，声能的损失实际上略有增加，从而导致较低的Q_p值。

美国专利号为7280007名称为“带有加载周长的薄膜体声波谐振器”的专利，公开了通过在谐振器周边处添加一层凸起的围栏结构提高Q_p值的一种技术。增加的结构导致谐振器有效激励区和外区声阻抗不匹配，这样将声能更好的限制在有效激励区。附加的凸起结构可以是谐振器中的相同材料也可以是密度不同的其他材料。尽管Q_p值通过上述方法可以得到提高，串联谐振频率附近的Q值(Q_s)却减小。这种方法在同时需要较大Q_s和值的应用(如UMTSband 1双工器)中并不合适。此外，频率低于f_s的寄生谐振模式的强度因此而被放大，寄生谐振模式会在滤波器通带内引起强烈波动。

因此，我们希望得到一种谐振器结构在不影响谐振器值、Q_s值和寄生模式强度的情况下能够提高其Q_p值。上述的诸多缺陷和不足需要得到很好的解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在不影响谐振器值、Q_s值和寄生模式强度的情况下能够提高其Q_p值的压电谐振器结构。

本发明所采用的技术方案是：一种压电谐振器结构，包括：

(a)基底，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分；