[发明专利]一种薄膜体声波谐振滤波器

说明书

本发明公开了一种薄膜体声波谐振滤波器，具有高的品质因数(Q)和高的机电耦合系数(K_t²)，满足高频通信系统的要求。该薄膜体声波谐振滤波器包括顶部电极边缘处台阶、顶部电极、压电薄膜、底部电极、带有空气背腔的绝缘支撑层。本发明在顶部电极边缘处设计了第一台阶、第二台阶和第三台阶，用于反射兰姆波(Lamb waves)。通过对顶部各级台阶长度、宽度、厚度的设计，对寄生谐振具有最佳的抑制效果，有效消除了薄膜体声波谐振滤波器的相位响应中的纹波。通过优化设计，该薄膜体声波谐振滤波器具有高的品质因数(Q)，高的机电耦合系数低的寄生谐振和平坦的相位响应特性，使得该发明可以应用于低噪声滤波器和其他射频应用。

技术领域

本发明属于高频通信滤波器材技术领域，具体涉及一种薄膜体声波谐振滤波器。

背景技术

近几十年，无线通信技术得到了蓬勃的发展，通信系统对于通信质量提出进一步的要求。滤波器是用来分离不同频率的一种器件，它能够抑制不需要的信号频率而只让所需要的频率信号通过，在通信系统的发射端和接收端起着非常重要的作用。

薄膜体声波谐振滤波器通常用于实现体积小、质量轻的滤波器。薄膜体声波谐振器滤波器可以以低成本大批量生产，同时具有高的品质因数(Q)和高的机电耦合系数(K_t²)。

薄膜体声波谐振器通常由底层电极、压电薄膜和顶层电极依次层叠构成。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄膜体声波谐振滤波器，旨在解决现有技术中滤波器寄生谐振严重、相位响应特性差的问题。本发明对薄膜体声波谐振器FBAR结构做精确的设计仿真，确定合适的尺寸。本发明对顶部电极边缘的三级台阶逐级设计仿真优化，最终获得最优尺寸。本发明的薄膜体声波谐振滤波器具有品质因数高，带内相位响应平坦的优点。该薄膜体声波谐振滤波器可以应用在射频通信系统中。

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供的技术方案为：

一种薄膜体声波谐振滤波器，包括基底5、绝缘支撑层4、底部电极3、压电薄膜2、顶部电极1、顶部台阶。其中，从上到下依次为顶部电极1、压电薄膜2、底部电极3、绝缘支撑层4、基底5；顶部电极1上方从外到内依次为顶部第一台阶S₁、第二台阶S₂和第三台阶S₃。顶部电极1和底部电极3作为施加电能的上下电极，压电薄膜2作为谐振单元产生谐振，绝缘支撑层4为上部结构提供支撑，基底5为硅材料衬底，顶部电极1上方台阶用以抑制寄生谐振。

其中，所述基底5为硅材料衬底。

其中，所述绝缘支撑层4为底部带有空气背腔的绝缘支撑层，使用氮化硅作为绝缘支撑层。

其中，所述底部电极3为压电薄膜的下电极，使用钼作为电极。

其中，所述压电薄膜2为使用氮化铝制作的压电薄膜材料。

其中，所述顶部电极1为压电薄膜的上电极，使用钼作为电极。

其中，所述顶部台阶包括第一台阶S₁、第二台阶S₂、第三台阶S₃使用和顶部电极1相同的钼材料。

其中，通过施加到顶部电极1和底部电极3的电能而在压电薄膜层2中诱发电场，并且随后通过诱发的电场而在压电薄膜层2中产生压电现象，从而使得谐振单元在预定方向上振动，可在与谐振单元的方向相同的方向上产生体声波，从而产生谐振。

其中，顶部三级台阶结构作为声布拉格反射器，用以反射兰姆波(Lamb waves)。

其中，顶部三级台阶结构，将兰姆波(Lamb waves)限制在台阶区域之中，有效抑制了寄生谐振。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：