[发明专利]一种基于环形电极的超高频谐振器结构

说明书

本发明公开了一种基于环形电极的超高频谐振器结构，具体指一种大带宽且可以有效抑制伪模式和其他模态的超高频谐振器结构；包括压电材料、电极和连接线，在压电材料表面沉积形成多圈结构的环形电极，相邻两圈电极间距是大于电极宽度至少一个波长的距离，所述电极间距是波长的倍数关系，电极通过连接线引出。本发明有效提高了谐振器的机电耦合效率，抑制了伪模态和其他阶模态，为实现超高频、大带宽的滤波器等射频器件提供了高性能的基础元件。

技术领域

本发明涉及MEMS谐振器领域，尤其涉及一种基于环形电极的超高频谐振器结构。

背景技术

MEMS射频器件在通信领域发挥着极其重要的作用。其中，声表面波谐振器(Surface Acoustic Wave Resonator)和体声波谐振器(Bulk Acoustic Wave Resonator)凭借其特有的优势，在主流市场中占据主导地位。声表面波谐振器工艺简单，制作成熟，但是由于光刻极限和压电材料声速的限制，其很难达到2.5GHz以上的频率；并且其自身结构中存在反射栅，相比较而言体积庞大，不能与IC工艺兼容，不利于微型化发展；体声波谐振器在高频领域凭借其优良的性能占据主导地位，然而其谐振频率由压电层的厚度决定，而单次工艺加工只能完成一种厚度薄膜的沉积，这也就意味着，在单片晶圆上，无法实现多频率的体声波器件。除此之外，体声波谐振器在满足5G甚至6G以上的超高频段的同时，自身的压电薄膜层降低至几百甚至几十纳米，这必然造成薄膜缺陷严重降低压电材料的性能，带来伪模式和其他寄生模态，降低器件性能，而且极大增加工艺难度。

上述谐振器是组成射频前端滤波器的核心组件。射频前端器件(尤其是滤波器)必须满足高频率、集成化、微型化、低功耗、高性能、低成本等要求。谐振器性能好坏严重影响滤波器的性能。

当前市场尚无既满足高频率(4.5GHz以上)，又满足大带宽(30％以上)的谐振器性能。因此，亟需一种新型高频谐振器来满足5G甚至更高频的通信需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于环形电极的超高频谐振器结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于环形电极的超高频谐振器结构，包括压电材料、电极和连接线，在压电材料表面沉积形成多圈结构的环形电极，相邻两圈电极间距是大于电极宽度至少一个波长的距离，所述电极间距是波长的倍数关系，电极通过连接线引出。

进一步地，本发明的多圈结构的环形电极的形状包括：圆环、椭圆环、正多边形环、不规则多边形环。

进一步地，本发明的多圈结构的环形电极中，各圈电极的宽度保持一致或成比例变化；各圈相邻两电极间距保持一致或成比例变化。

进一步地，本发明的电极的排列方式包括：所有电极共用一个中心，呈中心对称排列；所有电极不共用一个中心，即偏心结构。

进一步地，本发明的对电极施加的电压信号方式包括：正负电压交替施加；均施加正电压；均施加负电压；多个相邻的电极施加同一种电压，正负电压交替施加。

进一步地，本发明的电极的引出方式包括：将施加相同电压的电极连接后引出，引出端在同一端或者不同端。

进一步地，本发明的压电材料包括铌酸锂、钽酸锂、氮化铝、PZT、ZnO。

进一步地，本发明的压电材料刻蚀形成的形状包括：与电极形状相同的形状；与电极形状不同的环形、椭圆形、正多边形、不规则多边形。

进一步地，本发明的波长根据电极间距确定的方法具体为：

根据兰姆波在压电材料的传播方程：

f＝v/λ，f为谐振器频率，v为声波传播的相速度，λ为声波波长，