[发明专利]一种二维高性能超高频谐振器

说明书

本发明提出了一种二维高性能超高频谐振器，包括接触式二维高性能超高频谐振器、非触式二维高性能超高频谐振器。所述接触式二维高性能超高频谐振器包括：压电层、电极层、电桥；所述电极层沉积于压电层之上；所述电极层包含多个子电极；所述子电极形状为圆环形、椭圆环形、圆环与圆形组合形、椭圆环与椭圆组合形；所述电桥置于压电层上方与所述压电层接触，所述电桥沉积在所述电极层上方，所述电桥与所述子电极连接；所述子电极存在内部空腔，填充温补材料。本发明的谐振器结构可以极大提升超高机电耦合系数并具有较高的品质因子；本发明谐振器可以实现频率调节、实现温度补偿；本发明谐振器可以有效减小伪模态。

技术领域

本发明属于谐振器技术领域，尤其涉及一种二维高性能超高频谐振器。

背景技术

随着5G无线通讯和物联网时代的带来，对射频滤波器、智能传感器提出超高频、大带宽、低损耗、大功率耐受度、小温度系数、高灵敏度、小尺寸以及高度集成等需求，射频芯片在5G通讯、军事、医疗以及交通领域有着广泛的应用，是大国之间竞相布局的前沿技术领域。作为5G核心产业，通信芯片的发展至关重要。射频芯片主要包括射频前端和天线，射频前端主要由功率放大器、开关、双工器和滤波器组成，滤波器是实现5G通讯的核心零件。

众所周知，自20世纪90年代以来，基于压电材料(如LiNbO₃或LiTaO₃)的声表面波(SAW)滤波器占据了带通滤波器市场的主导地位，但由于缺乏能量约束，特别是在垂直方向，其品质因数(Q)受到限制，而且由于瑞利波滤波器的低相速度，使频率难以超过3GHz，很大程度上阻碍了它的应用，而分立的基片又为进一步与集成电路的集成带来了障碍。在过去十年中，基于互补金属氧化物半导体(CMOS)可以兼容氮化铝(AlN)薄膜，压电微电子机械(MEMS)谐振器，如薄膜体声波谐振器(FBAR)和固体安装谐振器(SMR)，由于这两种谐振器能量有限，且AlN薄膜的d₃₃很大，可以获得很高的Q值，这为搭建高性能的滤波器奠定了基础。然而，这种器件的中心频率是由薄膜厚度本身决定的，因此实现单片多波段集成具有很大的挑战性。

为了满足这一需求，最近提出了一种横向激励的剪切模式体声波(BAW)谐振器(XBARs)，其损耗低，在4.8GHz下的相对带宽为11％。XBAR的结构相对简单，包括金属化叉指电极(IDE)系统，但金属化率很小。电极主要产生水平电场，在悬浮的LiNbO3薄膜中产生半波长体剪切波A1共振。最大声振幅位于两个电极之间的自由膜面积上。设计的取舍与传统的微声谐振器有很大的不同。在声表面波器件中，金属IDT电极间距与谐振器频率密切相关，在声表面波器件和体声波器件中，金属厚度对谐振器频率和品质因数有很大影响。对于XBAR谐振器，频率主要由压电板厚度决定。

目前已有的XBAR谐振器结构，难以完全消除伪模态的影响，且获得高品质因数时要牺牲很大的机电耦合系数，并且不能实现调频和温补，若是不能实现调频，就无法实现谐振器的应用；若是不能实现温补，谐振器谐振频率将随温度偏移。现有的调频方法为调节电极的宽度、调节电极的间距等常规的调频方法并不适用于超高频谐振器，这将成为超高频谐振器应用在5G以上频率最大的限制。若想要实现5G以上的频率，超高频谐振器的调频问题就亟待解决。本发明针对这种高性能超高频谐振器，提出了一种高性能超高频谐振器，具有极高的机电耦合系数和品质因数，并且可以实现调频和温补。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种二维高性能超高频谐振器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种二维高性能超高频谐振器，包括：接触式二维高性能超高频谐振器、非触式二维高性能超高频谐振器；