[发明专利]具有集成偏置电阻的可调谐薄膜体声波谐振器和滤波器

说明书

本发明提供了具有集成偏置电阻的可调谐薄膜体声波谐振器和滤波器结构来形成微波声波滤波器、谐振器和开关，用于构造无线或微波系统，并通过集成偏压电阻来施加第一直流电压以达到中心谐振频率的调整。本发明同时提供具有多个可调谐串联谐振器、多个可调谐并联谐振器、多个耦合电容器和多个隔离电阻器的可调谐的滤波器，通过直流电压源来控制和选择谐振器的谐振频率，并调谐和控制可调谐滤波器的中心传输频率。

技术领域

本发明涉及通信系统的可调谐的谐振器和滤波器。更具体地，是涉及可调谐的用集成偏压电阻来隔离RF的压电半导体谐振器和滤波器。

背景技术

操作在射频（RF）的通信系统需要小尺寸和低成本的带通滤波器。这些带通滤波器用于在某一带宽 BW内选择传输或接收具有指定频率的信号并拒绝频率在带宽以外的信号。一些例子包括全球定位系统 GPS，移动通信系统：全球移动通信GSM、个人通信系统服务PCS、通用移动通信系统UMTS、长期演进技术LTE，数据传输单位：蓝牙，无线局域网WLAN，卫星广播和未来交通控制通讯。带通滤波器也可用于其他高频系统，如空间飞行器高速数据的传输和采集。

用于RF信号滤波的带通滤波器可采用不同的制造技术：（a）基于电介质谐振器的陶瓷滤波器，（b）基于表面声波谐振器（SAW）的滤波器和（c）基于薄膜体声波谐振器（FBAR）的滤波器。在手机等移动通信系统中，尽管RF滤波器所需的功率只有5W或更少，但是尺寸和成本是关键。压电材料的滤波器的主要性能是声波的传播速度和耦合系数。速度和电极距离决定了谐振频率而耦合系数则影响频带宽度。对FBAR而言，主要属性是声波速度和活性压电层的厚度。

图1 A 显示了一台现有技术薄膜体声体波谐振器FBAR（100a）的一张概要横截图。FBAR（100a)在有基体厚度（110t）的基体（110）之上，它包括具有空气隙深度（115t）的空气隙（115），具有底部电极厚度（140t）的底部电极（140），具有压电层厚度（150t）的压电层（150），和具有顶部电极厚度（190t）的顶部电极（190）。空气隙（115）的作用是防止声波进入基体（110）。因此，声波能量被限制在压电层（150）中而只有极小的损失进入基体（110）。FBAR (100a)的谐振频率主要取决于压电层厚度（150t）。另一方面，由于空气隙（115）的存在，在压电层（150）、底部金属电极层（140）以及顶部金属电极层（190）中产生的热在基体（110）中的耗散也是有限的。因此，为了防止由于压电层（150）过热造成的电路不稳定，有空气腔（115）的FBAR系统运行功率不可能太高。在显示在图1A中的现有技术FBAR中，压电层（150）负责声波与加在在顶部电极层（190）和底部电极层（140）之间的RF电场之间的互作用。因为压电层（150）有一个恒定的厚度，该声波谐振频率是固定的。