[实用新型]一种薄膜体声波谐振器及滤波器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种薄膜体声波谐振器，特别是涉及一种包括键合的压电单晶材料的薄膜体声波谐振器及其滤波器。

背景技术

随着无线通讯应用的发展，人们对于数据传输速度的要求越来越高。在移动通信领域，第一代是模拟技术，第二代实现了数字化语音通信，第三代 (3G)以多媒体通信为特征，第四代(4G)将通信速率提高到1Gbps、时延减小到10ms，第五代(5G)是4G之后的新一代移动通信技术，虽然5G的技术规范与标准还没有完全明确，但与3G、4G相比，其网络传输速率和网络容量将大幅提升。如果说从1G到4G主要解决的是人与人之间的沟通，5G将解决人与人之外的人与物、物与物之间的沟通，即万物互联，实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。

与数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。由于频谱有限，为了满足数据率的需求，必须充分利用频谱；同时为了满足数据率的需求，从4G开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对射频系统的各种性能也提出了严格的需求。

在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以将带外干扰和噪声滤除以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。随着通信协议越来越复杂，对频带内外的要求也越来越高，使得滤波器的设计越来越有挑战。另外，随着手机需要支持的频带数目不断上升，每一款手机中需要用到的滤波器数量也在不断上升。

目前射频滤波器最主流的实现方式是声表面波滤波器和基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。声表面波滤波器由于其自身的局限性，在1.5GHz以下使用比较合适。然而，目前的无线通讯协议已经早就使用大于2.5GHz的频段，这时必须使用基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。

薄膜体声波谐振器的结构和制备方式已经有很多。在以往的结构和制备方式中，主要采用氮化铝、氧化锌、PZT等压电薄膜作为压电材料，而压电薄膜材料相对于压电单晶材料在材料性能和可靠性上均有较大差距，比如其机电耦合系数比压电单晶材料的小很多，限制了薄膜体声波谐振器的有效机电耦合系数，并进而限制了滤波器的带宽；再比如压电薄膜的致密性比压电单晶的差很多，导致其在抗静电方面性能差很多。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提出了一种键合压电单晶材料的薄膜体声波谐振器及滤波器。具体地，通过将压电单晶圆片和基片材料键合在一起，再对压电单晶圆片进行减薄抛光的方式实现高达GHz的薄膜体声波谐振器和滤波器所需要的压电体厚度。

具体地，本实用新型的技术方案包括：

一种薄膜体声波谐振器，包括基片及形成在所述基片上的空气隙、覆盖在所述空气隙上方的压电三明治结构，所述压电三明治结构包括依次堆叠的第一电极、压电层、第二电极；其中，所述压电层为压电单晶，所述第一电极介于所述压电单晶的第一表面与所述基片之间，所述第二电极位于所述压电单晶的第二表面。

进一步地，所述压电单晶与所述基片之间还包括键合层。

进一步地，所述压电单晶包括压电石英、钽酸锂、铌酸锂或四硼酸锂。

进一步地，还包括形成在所述压电单晶的第二表面的互连层。

进一步地，所述互连层将所述第一电极引出至所述压电单晶的第二表面。

本实用新型还包括一种滤波器，包括本实用新型所提出的薄膜体声波谐振器。

本实用新型所提出的技术方案具有以下几个优点：首先，所实现的薄膜体声波谐振器和滤波器采用压电单晶作为压电材料，相对于基于压电薄膜的器件具有更大的有效机电耦合系数和带宽，扩展了薄膜体声波谐振器和滤波器的应用频带范围；其次，由于压电单晶体(如压电石英晶体)可以通过不过角度的切割获得不同机电耦合系数和温度特性，采用本实用新型的方法，可以比较容易地制备不同带宽和温度特性的薄膜体声波谐振器和滤波器；再次，由于压电单晶材料相对于压电薄膜的致密性和可靠性要优异很多，采用本实用新型的方法所制备的薄膜体声波谐振器和滤波器在功能容量方面比传统基于压电薄膜的器件要优异很多，在抗静电冲击方面的性能也优异很多；最后，通常压电薄膜的生长依赖于其下方的电极材料和形状，比如常用的C 轴择优的氮化铝压电薄膜一般在钼电极、钨电极和铂金电极上生长比较好，比如在电极边缘生长的压电薄膜性能往往较差，因此薄膜体声波谐振器和滤波器的性能往往与压电薄膜下方的电极材料和形状有很大关系。采用本实用新型的方案，由于压电单晶材料的性能与电极材料和形状无关，可以有效避免以上缺陷，增加了器件设计的灵活度。