[发明专利]抑制杂散模式的压电谐振器设计

说明书

公开领域

本公开一般涉及电子器件，且尤其但非排他地涉及用于改善压电谐振器的装置和方法。

背景

压电轮廓模式谐振器(CMR)把电能转换成机械能，对该机械能的一些频率进行衰减，并随后将该机械能转换回电能。输入到接触压电材料片(通常为AlN、ZnO、PZT，等等)的输入电极的电能引起压电材料内的振动。压电材料具有特定形状，并因此具有在该压电材料中将出现机械驻波的至少一个谐振频率。与压电材料接触的输出电极随后将振动转换回电能。在压电材料的其它谐振模式中，存在压电材料中的两种不同谐振模式：1)“d31模式”，其中电信号被施加到第一方向(例如，Z轴)上而压电谐振器的运动在与第一方向垂直的第二方向(例如，X轴)上；以及2)“d33模式”，其中所施加的电信号方向和压电谐振器的运动方向相同。因为可使用d31模式来激励轮廓模式振动，故而在滤波器中惯常采用CMR。

图1描绘了常规的压电CMR100、该常规谐振器在操作期间的位移105A-C、以及该常规压电谐振器的频率响应110。在使用常规压电CMR100的常规CMR滤波器中，因为带内(即，在滤波器设计中重要的任何频谱)杂散模式会导致不同频率处的多个谐振频率，如在常规压电谐振器频率响应110中的多个密集的谐振峰值所示出的，所以带内杂散模式导致严重的滤波器故障。换言之，常规CMR滤波器具有多个通带，其中一些通带是意外地出现的。出现滤波器故障是因为压电CMR是具有窄本征模式间隔并因此具有杂散谐振模式的机械谐振器。因此，难以从常规的压电CMR实现干净的单基频谐振响应。杂散谐振模式显著降低了常规滤波器基频谐振的相位和幅度响应，这引起高通带波纹以及较差的带外抑制。当使用高频常规压电CMR时，因为在较高频处模式间隔变得更近，故而杂散模式效应被放大。

图2A描绘了常规压电CMR滤波器200，其具有输入叉指式电极205A和输出叉指式电极205B，其中每一叉指式电极205A、205B用作谐振设备200的压电部分210的锚。在图2A中，输入叉指式电极205A接收输入电能，且压电部分210将电能转换成压电部分210的机械振动。随后，在输出叉指式电极205B处，压电部分210将机械振动转换回电能。常规压电CMR滤波器200的长度和宽度被设计成使得通带中心应当达700MHz。

图2B描绘了常规压电CMR滤波器200的频率响应250。如频率响应250中可见，除了以700MHz为中心的正确设计通带之外，常规压电CMR滤波器200的通带具有数个通带。由于常规压电CMR滤波器200的多个杂散谐振模式，导致不能实现干净的单个通带。

因此，业界长期以来存在对用以改善常规压电谐振器的装置和方法的需要。业界长期以来还存在对用以改善具有压电谐振器的滤波器以及其中可实现压电谐振器的设备的装置和方法的需要。

概述

本发明的示例性实施例涉及用于改善压电谐振器、具有压电谐振器的滤波器及其中可实现压电谐振器的设备的装置和方法。

在示例性实施例中，压电谐振器抑制杂散谐振模式并维持干净的基频模式频率响应，因为原本将表现出最大、接近最大和/或过大的位移的谐振器部分被锚定和/或被移除和/或被重定形和/或加载有额外材料以去除和/或减弱该位移。示例性压电谐振器被构造成在一个维度上具有较高阶模式间隔，以提供低运动阻抗。当与常规设计相比较时，所提供的压电谐振器在与该较高阶模式相关的压电谐振器侧的边界边缘处具有不同的几何形状。此不同的几何形状抑制了有害的带内杂散模式。可使用压电谐振器在单个晶片上实现具有不同通带和中心频率的滤波器。

在示例中，压电谐振器包括基板、以及设置在基板上的压电材料。在压电材料上设置第一电极和第二电极。压电谐振器具有通带，并且压电材料的周界的一部分被锚定到基板以支持压电结构和/或抑制压电材料的带内杂散模式。还可提供用于将压电材料的周界的该部分锚定到基板以抑制压电材料的带内杂散模式的装置。周界的锚定部分如果未被锚定则在杂散模式谐振时将表现出最大、接近最大和/或过大的位移偏转。压电谐振器可集成到半导体管芯中。具有在基本400MHz和基本2700MHz之间范围内的通带中心频率的滤波器可具有该压电谐振器作为滤波组件。可在基板上设置具有带有相应不同通带的压电谐振器的多个滤波器。从包括接收机、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、个人数字助理(PDA)、位置固定的数据单元和计算机的组内选择的设备可具有该压电谐振器作为集成组件。在示例中还提供了具有存储于其上的指令的非瞬态计算机可读介质，这些指令如果由光刻设备执行则使该光刻设备制造压电谐振器的至少一部分。