[发明专利]一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构

说明书

本发明涉及一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构，包括上表面带有凹槽的衬底、位于衬底上方的底电极层、压电层，其特征在于，还包括带有凸形空气桥结构的顶电极层，凸形空气桥结构内设有可起到对横向声波回弹作用的声回弹结构；所述声回弹结构的上下两端面分别与压电层和空气桥结构紧贴，形成水平传播方向的声阻抗不匹配界面；声回弹结构为与凸形空气桥结构的桥腔相向的多面体并以竖式设置在压电层与空气桥结构的桥腔悬空区域，声回弹结构的上端面嵌入并与凸形空气桥结构的桥腔仰顶侧面的凹槽紧贴，声回弹结构的下端面与压电层的上方紧贴；声回弹结构的左侧面和右侧面分别与凸形空气桥结构的桥腔支撑结构相邻的内侧面之间留有空气间隙。

技术领域

本发明涉及一种薄膜体声波器件，特别是一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构。

背景技术

随着无线通信技术及智能手机的发展，射频前端对元器件性能指标、集成度的要求越来越高。基于薄膜体声波器件的射频前端滤波器、双工器、多工器因其具有小体积、低插损、快速滚降、低功耗等优点，已被广泛使用于智能手机、通信终端、以及通信基站中，并将于未来应用于车联网、工业控制等物联网终端的通信设备中。此外，基于薄膜体声波器件的振荡器在高速串行数据设备如SATA硬盘驱动器、USB3.0标准PC外设、C-type接口、光线收发器等中极具应用价值。

典型的薄膜体声波谐振器包括位于衬底上方的声回弹层、位于声回弹层上方的底电极层、位于底电极层上方的压电层，以及位于压电层上方的顶电极层。声回弹层的两种常见构形分别是，空气腔结构或者由高声阻抗层和低声阻抗层交叠而成的多层复合结构。惯用的空气腔结构的形成方法是，先沉积一层牺牲层材料，当器件其它各层加工完成后，对牺牲层材料进行释放，留下的空间即可形成空腔。

当在薄膜体声波谐振器的上、下电极施加交变电压时，压电层薄膜在外电场作用下会发生纵向形变，产生纵向传播和振动的体声波。该体声波会在薄膜体声波谐振器的上、下表面被回弹回来，形成压电层体内的驻波，从而产生谐振。该声波谐振经由压电层薄膜的压电效应，会在上、下电极层之间形成可测量的电信号，即体声波谐振器的谐振电信号。该信号包含谐振频率、振幅、相位等信息。此外，为了提升薄膜体声波谐振器的表面抗氧化、功率耐受、机械强度、频率温度稳定等性能，还可能在上述基本结构的基础上，添加额外的材料层及结构。

在薄膜体声波谐振器的层叠结构中设置空气桥结构，尤其是在底部声反射腔和上、下电极层的重叠区域的边界处设置空气桥结构，有利于减少声能量向衬底的泄露，从而提升谐振器的品质因数，参见美国专利US20140225683A1。但是，该技术方案中的声波能量仍有一部分会以空气桥结构为媒介泄露至外部区域，对谐振器的品质因数仍有较大的损害。因此，如何克服现有技术所存在的不足已成为当今薄膜体声波器件技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构，本发明通过设置声回弹结构，在水平方向形成额外的声阻抗不匹配界面，从而对通过空气桥结构传播的横向声波起到回弹作用，显著提升薄膜体声波谐振器的品质因数，且该结构还可对空气桥结构形成支撑，显著提升空气桥的结构强度。