CN111162749A - 一种新型谐振器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型谐振器结构，包括正电极、负电极、压电层以及衬底。所述的正电极、负电极依次交替排列，且均置于所述压电层上，所述压电层置于所述衬底上；所述正电极、负电极均为条形结构，所述条形结构沿中心及中心附近区域顺时针或逆时针向外延伸的螺旋形曲线分布。该结构可用于兰姆波、声表面波、超高频谐振器声波谐振器，可提高谐振器的机电耦合系数和品质因子。
Description
技术领域
本发明属于MEMS谐振器领域，尤其涉及一种新型谐振器结构。
背景技术
无线和移动通信系统的迅猛发展，推动着组件性能和系统集成技术的快速创新。为了获得更快的信号处理和减少集成的复杂性,小型化和与CMOS技术兼容的微机电系统(MEMS)谐振器成为了新一代的核心器件,因此高性能的MEMS谐振器技术作为先进的无线通信系统射频前端的基础组件具有很高的需求。
MEMS射频器件在通信领域发挥着极其重要的作用。目前射频系统中常用的带通滤波器主要有微波介质陶瓷滤波器、声表面波(SAW)滤波器、薄膜体声波(FBAR)滤波器。随着无线通信的朝多频段、多制式、多协议的快速发展，且整机越来越小，集成度和通信频率越来越高，频率资源也越来越拥挤，对滤波器性能的要求也随之增高，然而滤波器的性能取决于其谐振器的性能，因此，谐振器的性能至关重要。
目前基于压电理论的谐振器主要有声表面波谐振器(SAW)，薄膜体声波谐振器(FBAR)，兰姆波谐振器(Lamb wave Resonator),以及超高频谐振器(XBAR)。就谐振器本身而言，其最关键的性能为机电耦合系数和品质因子(Q值)。谐振器的机电耦合系数决定了滤波器的带宽，其品质因子直接影响其带内插损和滤波器裙边的陡峭性。因此，实现高品质因子的谐振器组件对低插入损耗、陡峭的滤波器裙边，高的带外抑制的滤波器起着至关重要的作用，尤其是高频谐振器。到目前为止，相关设计人员也提出了不少提高谐振器品质因子的设计方法，然而普遍存在工艺复杂，加工困难等问题。因此迫切需要一种工艺简单并且能够有效提高谐振器品质因子的方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种能够有效提高谐振器品质因子的新型谐振器结构。
具体地，本发明提出如下方案：
一种新型谐振器结构，其特征在于：正电极、负电极、压电层以及衬底。所述的正电极、负电极依次交替排列，且均置于所述压电层上，所述压电层置于所述衬底上；
进一步地，所述衬底可优选为硅、蓝宝石衬底或者SOI衬底。
进一步地，所述衬底可优选为带有刻蚀空腔的衬底或无需刻蚀空腔的衬底；
所述刻蚀空腔通过牺牲层填充刻蚀或为背向刻蚀；所述带有刻蚀空腔的硅衬底结构用于超高频谐振器和兰姆波谐振器，所述无需刻蚀空腔的硅衬底结构用于声表面波谐振器中；
进一步地，所述压电层优先为铌酸锂、钽酸锂、氮化铝、钪掺杂氮化铝具有压电性质的薄膜材料。
进一步地，所述压电层的图案为圆形、五边形、六边形等规则或不规则图形。
进一步地，所述的正电极、负电极均为条形结构，所述条形结构沿中心及中心附近区域顺时针或逆时针向外延伸的螺旋形曲线分布。
进一步地，所述螺旋形曲线可为阿基米德螺旋线，连锁螺线、螺旋折线。
进一步地，所述螺旋折线可优选为四边形螺旋多边形螺旋结构、五边形螺旋多边形螺旋结构、六边形螺旋多边形螺旋结构。
进一步地，正电极间的间距可为正电极宽度的M倍；负电极间的间距可为负电极宽度的M倍，1≤M≤50。
进一步地，正电极、负电极材料可优选为钼、铝、铂、金等金属材料。
本发明所提出的一种新型的谐振器结构可以有效地降低谐振器的伪模式，提高谐振器的机电耦合系数,实现高品质因子，大带宽，高频的高性能谐振器。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1：是根据本发明条形电极以阿基米德螺旋线分布作为实施例的谐振器结构的俯视图。
其中，101-负电极、102-正电极；
图2：是本发明条形电极以阿基米德螺旋线分布作为实施例谐振器结构的横截面示意图。
其中，101-负电极、102-正电极、103-压电薄膜层、104-衬底层；
图3：是本发明条形电极以五边形螺旋折线分布作为实施例谐振器结构的俯视图。
其中，101-负电极、102-正电极；
图4：是本发明条形电极以六边形螺旋折线分布作为实施例谐振器结构的俯视图。
其中，101-负电极、102-正电极；
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明实施例。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
本发明的具体实施方式为一种新型的谐振器结构，其特征在于：正电极、负电极、压电层以及衬底。所述的正电极、负电极依次交替排列，且均置于所述压电层上，所述压电层置于所述衬底上；
具体实施方式中，所述衬底为硅衬底。
具体实施方式中，所述衬底的带有刻蚀空腔的衬底。
所述刻蚀空腔通过牺牲层填充刻蚀或为背向刻蚀；所述带有刻蚀空腔的硅衬底结构用于超高频谐振器和兰姆波谐振器。
具体实施方式中，所述压电层优先为铌酸锂。
具体实施方式中，所述压电层的图案为圆形、五边形、六边形。
具体实施方式中，正电极、负电极的电极形状为条形结构，沿述螺旋线的中心及中心附近区域逆时针向外延伸的螺旋形曲线分布。
具体实施方式中，所述螺旋形曲线可为阿基米德螺旋线，连锁螺线、螺旋折线。
具体实施方式中，所述螺旋折线为四边形螺旋多边形螺旋结构、五边形螺旋多边形螺旋结构、六边形螺旋多边形螺旋结构。
具体实施方式中，正电极、负电极材料可优选为钼金属材料。
图1和图2分别是本发明条形电极以阿基米德螺旋线分布作为实施例时的谐振器结构的俯视图和横截面图，包含：压电材料(103)位于衬底(104)上方，衬底带有背向刻蚀的空腔，沿阿基米德螺旋线分布的条形负电极(101)和条形正电极(102)沉积于压电材料(103)上表面。相邻两个电极的间距为电极宽度的五倍。正负交替的电场激励压电材料产生高频声波，进而引发谐振响应。该谐振器耦合了压电材料(103)的e_24和e_15压电系数，进而在压电材料(103)内部形成驻波，有效增大了机电转换效率，提高了谐振器的机电耦合系数；电极沿螺旋线分布可以有效的将能量限制在电极之间，减少能量耗散，抑制了伪模式，从而提升了谐振器的品质因子值即Q值。
图3为根据本发明条形电极以五边形螺旋折线分布作为实施例时的谐振器结构的谐振器结构，与图1不同之处在于，条形电极的分布的螺旋结构为五边形螺旋折线，且相邻两个电极的间距为电极宽度的M＝1倍。
图4为根据本发明条形电极以六边形螺旋折线分布作为实施例时的谐振器结构的谐振器结构，与图1不同之处在于，条形电极的分布的螺旋结构为六边形螺旋折线。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种新型谐振器结构，其特征在于，包括：正电极、负电极、压电层以及衬底；所述的正电极、负电极依次交替排列，且均置于所述压电层上，所述压电层置于所述衬底上；所述的正电极、负电极均为条形结构，所述条形结构沿中心及中心附近区域顺时针或逆时针向外延伸的螺旋形曲线分布。
2.根据权利要求1所述的新型谐振器结构，其特征在于，所述螺旋形曲线为螺旋曲线、螺旋折线；所述螺旋折线为多边形螺旋结构。
3.根据权利要求2所述的新型谐振器结构，其特征在于，所述螺旋折线为四边形螺旋多边形螺旋结构、五边形螺旋多边形螺旋结构、六边形螺旋多边形螺旋结构。
4.根据权利要求2所述的新型谐振器结构，其特征在于，所述螺旋曲线为阿基米德螺旋线，连锁螺线。
5.根据权利要求1所述的新型谐振器结构，其特征在于，所述衬底为硅、蓝宝石衬底或者SOI衬底。
6.根据权利要求1所述的新型谐振器结构，其特征在于，所述衬底为带有刻蚀空腔的衬底或无需刻蚀空腔的衬底；所述刻蚀空腔通过牺牲层填充刻蚀或为背向刻蚀；所述带有刻蚀空腔的衬底结构用于超高频谐振器和兰姆波谐振器，所述无需刻蚀空腔的衬底结构可用于声表面波谐振器中。
7.根据权利要求1所述的新型谐振器结构，其特征在于，所述压电材料为具有压电性质的薄膜材料，所述压电材料的形状为规则图形或不规则图形。
8.根据权利要求7所述的新型谐振器结构，其特征在于，所述薄膜材料为铌酸锂、钽酸锂、氮化铝、钪掺杂氮化铝；所述规则图形为圆形、五边形、六边形。
9.根据权利要求1所述的新型谐振器结构，其特征在于，所述的正电极、负电极均为金属材料，电极间的间距可为电极宽度的M倍，1≤M≤50。
10.根据权利要求9所述的新型谐振器结构，其特征在于，所述金属材料为钼、铝、铂、金。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200515 |