[发明专利]具有掺杂压电材料和框架元件的体声波谐振器

说明书

技术领域

本发明专利申请涉及电子设备，具体而言涉及一种谐振器。

背景技术

声谐振器可用于实施各种电子应用中的信号处理功能。举例来说，一些蜂窝式电话和其它通信装置使用声谐振器来实施用于所传输和/或所接收信号的频率滤波器。可根据不同应用来使用若干不同类型的声谐振器，其中实例包含体声波(BAW)谐振器，例如薄膜体声谐振器(FBAR)、固态安装型谐振器(SMR)、耦合谐振器滤波器(CRF)、堆叠体声谐振器(SBAR)和双体声谐振器(DBAR)。

典型声谐振器包括夹于被称为声堆叠的结构中的两个板状电极之间的压电材料层。当在电极之间施加输入电信号时，互反或反向压电效应致使声堆叠取决于压电材料的极化而机械膨胀或收缩。当输入电信号随时间的过去而变化时，声堆叠的膨胀和收缩产生在各个方向上传播穿过声谐振器且通过压电效应而被转换成输出电信号的声波。一些声波跨越声堆叠达成谐振，其中谐振频率由例如声堆叠的材料、尺寸和操作条件的因素来确定。声谐振器的这些和其它机械特性确定它的频率响应。

用于评估声谐振器的性能的一个量度是它的机电耦合系数(kt²)，所述机电耦合系数指示电极与压电材料之间的能量转移的效率。在其它各项相同的情况下，具有高kt²的声谐振器大体上被视为具有优于具有较低kt²的声谐振器的性能。因此，在例如4G和LTE应用的高性能无线应用中使用具有较高kt²水平的声谐振器大体上是合乎需要的。

声谐振器的kt²受若干因素的影响，例如压电材料与电极的尺寸、组合物和结构性质。这些因素反过来受用于制造声谐振器的材料和制造过程的影响。因此，为正在进行的制造具有较高kt²水平的声谐振器，研究者正寻求设计和制造声谐振器的改善的方法。

一种对改善压电材料的kt²有用的方法是通过用例如稀土元素的所选掺杂剂来掺杂压电材料。虽然掺杂压电材料可提供kt²的改善，但在BAW谐振器中的应用中，与不包含掺杂压电材料的BAW谐振器相比，其它参数可被降级。

因此，需要至少克服上文所描述的已知BAW谐振器的缺点的BAW谐振器。

发明内容

本发明提供了一种体声波BAW谐振器，其包括：第一电极；第二电极；安置于所述第一电极与所述第二电极之间的压电层，所述压电层包括掺杂有至少一种稀土元素的压电材料；以及安置于所述第一电极和所述第二电极中的至少一者的表面上的凹陷框架元件。

本发明还提供了一种体声波BAW谐振器，其包括：第一电极；第二电极；安置于所述第一电极与所述第二电极之间的压电层，所述压电层包括掺杂有至少一种稀土元素的压电材料；以及安置于所述第一电极和所述第二电极中的至少一者的表面上的凸起框架元件。

附图说明

当借助于随附图式阅读时，从以下详细描述来最好地理解实例实施例。应强调，各种特征未必按比例绘制。事实上，为了论述的清晰性，尺寸可任意增大或减小。在适用且实际的情况下，相同参考数字指相同元件。

图1是根据代表性实施例的BAW谐振器的横截面图。

图2是根据代表性实施例的BAW谐振器的横截面图。

图3A是根据代表性实施例的BAW谐振器的横截面图。

图3B是根据代表性实施例的BAW谐振器的横截面图。

图4A是说明在压电层中不包括掺杂剂的BAW谐振器的机电耦合系数(kt²)和在压电层中包括掺杂剂的BAW谐振器的kt²的图表。

图4B是说明在压电层中不包括掺杂剂的BAW谐振器的品质因数(Q)和在压电层中包括掺杂剂的BAW谐振器的Q的图表。

图5是说明凸起框架元件及凹陷框架元件对在压电层中不包括掺杂剂的BAW谐振器和在压电层中包括掺杂剂的BAW谐振器的影响的图表。

图6A是说明凸起框架元件及凹陷框架元件对在压电层中包括掺杂剂的BAW谐振器上的并联谐振阻抗(R_p)和串联谐振阻抗(R_s)的影响的图表。

图6B是在压电层中包括掺杂剂的BAW谐振器中的史密斯圆图，其说明凸起框架元件及凹陷框架元件对史密斯圆图的西南象限中的Q(Q_sw)和西南象限中的副振荡模的影响。