[发明专利]一种频率可调的薄膜体声波谐振器

说明书

本发明公开了一种频率可调的薄膜体声波谐振器，包括：衬底、底电极、调谐层、压电层以及顶电极，所述底电极设置在衬底的上表面，所述调谐层设置在所述底电极的上表面，所述压电层设置在所述调谐层的上表面，所述顶电极设置在所述压电层的上表面，所述底电极和所述顶电极均连接有电极引出结构以在所述顶电极和所述底电极之间施加直流偏压，所述调谐层的有效面积大于所述顶电极的有效面积且大于所述底电极的有效面积。该谐振器在底电极上加入调谐层，从而在现有电路的基础上集成一个可变电容，外加直流偏压时压电层产生形变，通过偏压调整形变量从而控制可变电容的大小，在减小对FBAR品质因数影响的同时，实现对FBAR谐振频率的控制。

技术领域

本发明涉及薄膜体声波谐振器技术领域，尤其涉及一种频率可调的薄膜体声波谐振器。

背景技术

微型化、集成化、高性能是无线终端对频率器件的要求。传统射频频段频率器件的解决方案为介质滤波器和声表面波滤波器。前者具有较好的性能，但体积太大后者虽然体积小，但存在工作频率低、插入损耗大、功率容量低的缺点。薄膜体声波谐振器(film bulkacoustic resonator，FBAR)技术是目前唯一有望集成的射频滤波器技术，综合了介质滤波器性能优越和声表面波(surface acoustic wave，SAW)滤波器体积小的优势，同时克服了两者的缺点。它具有工作频率高、功率容量大、损耗低、体积小、温度稳定性好以及可与射频集成电路(radio frequency integrated circuit，RFIC)或微波单片电路(microwavemonolithic integrated circuit，MMIC)集成的优点。

薄膜体声波谐振器的核心结构是由电极-压电层-电极构成的压电振荡堆结构，其工作原理是当施加交变的电信号于两端电极上时，由于材料的逆压电效应，会将电信号转化成机械信号，机械信号以声波的形式在薄膜内传播，当垂直方向的声波波长与厚度满足一定条件时，产生驻波，此时能量的损耗最小，最终通过压电效应将声信号转化成电信号进行选频的器件。薄膜体声波谐振器的谐振频率直接由顶电极-压电层-底电极构成的压电振荡堆厚度决定，因此FBAR的厚度必须精确控制，但在MEMS工艺实现FBAR特殊结构的加工过程中难以避免的会引入加工误差。传统方法是点测后，通过对顶电极厚度的再加工实现频率的调整，效率低下且效果有限。

近年来，通过在谐振器电路中加入可变电容和可变电感的电调谐方法，由于其效果显著结构简单受到了广泛的关注。传统方法中的电感以分立元件的形式加入到谐振器电路中，容易产生寄生效应并严重影响谐振器的品质因数。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种频率可调的薄膜体声波谐振器，其在底电极上加入调谐层，从而在现有电路的基础上集成一个可变电容，外加直流偏压时压电层产生形变，通过偏压调整形变量从而控制可变电容的大小，在减小对FBAR品质因数影响的同时，实现对FBAR谐振频率的控制。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种频率可调的薄膜体声波谐振器，包括：衬底、底电极、调谐层、压电层以及顶电极，所述底电极设置在衬底的上表面，所述调谐层设置在所述底电极的上表面，所述压电层设置在所述调谐层的上表面，所述顶电极设置在所述压电层的上表面，所述底电极和所述顶电极均连接有电极引出结构以在所述顶电极和所述底电极之间施加直流偏压，所述调谐层的有效面积大于所述顶电极的有效面积且大于所述底电极的有效面积。

进一步地，所述调谐层采用低声阻抗材料。

进一步地，所述调谐层采用空气或SiO₂。

进一步地，所述衬底采用高阻硅、蓝宝石衬底或SOI衬底。

进一步地，所述顶电极和所述底电极采用金属薄膜。

进一步地，所述金属薄膜选用钼、钨、金、铝、银、钛或铂薄膜。