[发明专利]一种谐振器及声学滤波器

说明书

本申请提供一种谐振器及声学滤波器，谐振器包括异质衬底和设置在异质衬底上的电极组件。异质衬底包括小声速散射角、各向异性的支撑衬底和设置在支撑衬底上的压电薄膜，支撑衬底与压电薄膜之间形成异质界面。压电薄膜内的目标声波存在至少一个方向上的振动分量具有声速‑厚度波长比色散的特性。异质界面用于将压电薄膜内的目标声波能量反射回压电薄膜，并利用声波声速‑厚度波长比色散调控声波能量的渗透、散射分量占比等传播特点，减少能量的损耗途径。不仅可以减少厚度方向的泄露，还能减少多种边界辐射和倾斜辐射，从而获得高品质因子的声学滤波器，降低声学滤波器的带内损耗、增强带边陡直度和矩形度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种谐振器及声学滤波器。

背景技术

声表面波滤波器的主要功能是滤波，其中，带通滤波器能够允许特定频段的信号以很弱的衰减通过，而特定频段两侧的信号以很强的衰减去除。声学滤波器的指标包括：插入损耗、矩形度、带宽，带外抑制等。带内的插入损耗越低，特定频段内的信号保真度越高，矩形度越接近1，在频段分配拥挤的4G和5G应用中，滤波频段越准确。声学谐振器的品质因子对声学滤波器的插入损耗、矩形度、带宽等有决定性影响，高品质因子的谐振器更容易获得低插入损耗，矩形度接近1的高性能滤波器。

一般而言，声学谐振器中激发的目标声波存在以下途径的能量泄露，目标声波在压电材料中传播的本征传输损耗，目标声波在衬底厚度方向的泄露，以及与体声波的耦合导致的能量损耗，目标声波在叉指电极和反射栅电极的交界区域散射导致的能量损耗，叉指电极末端的横向散射导致的能量损耗等。这些能量的泄露与辐射都会导致压电换能后的能量损耗，谐振器品质因子的降低，从而导致声学滤波器的带边陡直度差、损耗严重和高功耗等问题。

发明内容

为了解决现有谐振器品质因子低的问题，本申请提供了一种谐振器及声学滤波器：

根据本申请的第一方面，提供了一种谐振器，包括：

异质衬底包括支撑衬底和设置在支撑衬底上的压电薄膜，支撑衬底的声速散射角小于预设散射角阈值，支撑衬底的弹性系数为各向异性，支撑衬底与压电薄膜之间形成异质界面；

压电薄膜内的目标声波存在至少一个方向上的振动分量具有声速-厚度波长比色散的特性，厚度波长比色散的特性为目标声波的声速随压电薄膜的厚度与声波波长的比值的减小而增大；

异质界面用于将压电薄膜内的目标声波的能量回弹到压电薄膜内部。

另一方面，支撑衬底的声速散射角满足如下公式

其中，ω为角频率，ρ为密度，k为波矢，c₄₄，c₆₆为各项异性的弹性系数，θ为声速散射角。

另一方面，压电薄膜的厚度与电极组件的周期线宽的比值在区间[0.02，0.15]内。

另一方面，电极组件包括多个叉指电极，多个叉指电极中各叉指电极的端部设有约束组件；

约束组件用于增大叉指电极与空气间隙的声速差；空气间隙为叉指电极的端部与叉指电极的母线之间的间隙。

另一方面，约束组件与各叉指电极的端部连接；或者；

约束组件设置在各叉指电极的端部的上表面。

另一方面，约束组件的材料的密度大于叉指电极的材料的密度。

另一方面，压电薄膜的材料包括铌酸锂、钽酸锂、氮化铝、氧化锌；

支撑衬底的材料包括硅、碳化硅、蓝宝石、金刚石、石英；

叉指电极的材料包括金、铂、银、铜、铝及其两种或两种以上的合金。

另一方面，叉指电极的厚度与叉指电极的周期线宽的比值在区间[0.04,0.1]内。