[发明专利]一种可调谐的薄膜体声波谐振器

说明书

本发明属于微电子技术，具体涉及一种可调谐的薄膜体声波谐振器，包括衬底、空腔、底电极层、调谐层和压电震荡堆；压电震荡堆包括中间电极层、压电层和上电极层；直流偏压施加于中间电极层和底电极层上。该薄膜体声波谐振器直流偏压加在所述底电极和中间电极上，调谐层具有压电特性，且和底电极层均采用环状。这样在较小的直流偏压下，FBAR可以产生较大的偏置位移，从而产生较大的特征频率的改变。因此，可以在低压下实现FBAR谐振频率的较大调节，能极大的扩展FBAR的应用范围。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种可调谐的薄膜体声波谐振器。

背景技术

随着无线通信的迅猛发展，无线信号变得越来越拥挤，对工作在射频频段的滤波器提出了集成化、微型化、低功耗、高性能、低成本等新的要求。传统的声表面波滤波器因为频率及承受功率等的限制，将越来越无法达到这样的标准。薄膜体声波谐振器FBAR由于具有CMOS工艺兼容、高品质因数Q值、低损耗、低温度系数、高的功率承载能力的特性逐渐成为射频滤波器研究的热点。

FBAR的谐振频率由其厚度决定，其厚度必须精确的控制，以便获得所需的谐振频率，但在FBAR的加工过程中，很容易出现加工误差。加工后的FBAR的谐振频率往往没有达到期望值，因此需要通过“调谐”来校正FBAR的谐振频率。目前，谐振频率的误差可以使用激光微调技术，对谐振器去除或添加材料来校正。但由于FBAR器件体积非常小，激光微调技术显然达不到要求。

近年来，电调谐由于结构简单，调谐方便受到了广泛关注。现有的薄膜体声波谐振器电调技术主要有：使用外接LC电路或PIN可变电容来实现电调；利用铁电体在不同偏压下介电常数的变化来调谐；使用片上集成的可变电容来实现可变电容。但外加元件进行调谐时，外加元件的电容电感的值对FBAR的性能有很大的影响。董树荣等人的专利CN103326692 A中提出了一种电调谐的薄膜体声波谐振器，虽然避免了外加分立原件，采用的是施加直流偏压来调节FBAR的谐振频率，但它采用的是单层压电层，调谐力度不够且电路较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有电调谐功能，工艺简单，易于集成且适合量产的薄膜体声波谐振器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可调谐的薄膜体声波谐振器，包括衬底、空腔、底电极层、调谐层和压电震荡堆；压电震荡堆包括中间电极层、压电层和上电极层；直流偏压施加于中间电极层和底电极层上。

在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，上电极层、压电层和中间电极层采用圆形、椭圆形或多边形。

在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，调谐层和底电极层为环状，与衬底之间形成空腔。

在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，压电层和调谐层采用PZT、AlN、ZnO或CdS压电薄膜。

在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，上电极、中间电极和底电极选用钨、钼、铝、金或铂的金属薄膜，电极形状采用上下电极板结构、左右电极板结构或叉指结构。

在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，直流偏压的施加方式为正向或反向。

本发明的有益效果：

1由于采用的是空腔型结构，机械稳定性好，结构简单，易于生产。

2调谐层和压电层均采用具有压电特性的薄膜材料，通过施加直流偏压来调节FBAR的谐振频率，避免了外接LC电路，对FBAR性能的影响较小。

3由于采用的是双层压电材料和三层电极，直流偏置电压施加在调谐层两端，而交流信号在压电层两端，直流电与交流信号分离开使得电路更为简单。此外，与单层压电层调谐相比，该结构在直流偏压下可以产生更大的应变，进而有更大的调谐力度。