利用凸起结构降低声阻抗的体声波谐振器、滤波器及电子设备的制作方法

1.本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种体声波谐振器、一种具有该谐振器的滤波器，以及一种具有该谐振器或者该滤波器的电子设备。


背景技术：

2.电子器件作为电子设备的基本元素，已经被广泛应用，其应用范围包括移动电话、汽车、家电设备等。此外，未来即将改变世界的人工智能、物联网、 5g通讯等技术仍然需要依靠电子器件作为基础。
3.电子器件根据不同工作原理可以发挥不同的特性与优势，在所有电子器件中，利用压电效应(或逆压电效应)工作的器件是其中很重要一类，压电器件有着非常广泛的应用情景。薄膜体声波谐振器(film bulk acoustic resonator，简称fbar，又称为体声波谐振器，也称baw)作为压电器件的重要成员正在通信领域发挥着重要作用，特别是fbar滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大，fbar具有尺寸小、谐振频率高、品质因数高、功率容量大、滚降效应好等优良特性，其滤波器正在逐步取代传统的声表面波(saw)滤波器和陶瓷滤波器，在无线通信射频领域发挥巨大作用，其高灵敏度的优势也能应用到生物、物理、医学等传感领域。
4.薄膜体声波谐振器的结构主体为由电极-压电薄膜-电极组成的“三明治”结构，即两层金属电极层之间夹一层压电材料。通过在两电极间输入正弦信号， fbar利用逆压电效应将输入电信号转换为机械谐振，并且再利用压电效应将机械谐振转换为电信号输出。
5.图1为已有的体声波谐振器的截面示意图，其中10为基底，20为声学镜， 30为底电极，40为压电层，50为顶电极，range1区域为该谐振器的有效区域， range2区域为在顶电极的非电极连接端在水平方向上位于顶电极的边缘与声学镜的边界之间的区域。
6.如图1所示，range1区域具有第一声阻抗z1，range2区域具有第二声阻抗z2，虽然z1不同于z2在谐振器的有效区域的边界处存在声学不匹配的情况，但是该不匹配不足以减少能量泄露，实际上，在图1所示的谐振器工作过程中，谐振器振动时的声波能量会沿着压电层传输到有效区域的外侧的range2区域，即存在较大的能量泄露，基于图1所示结构的能量泄露会造成谐振器的q值的恶化。
7.已经提出沿谐振器的有效区域设置凸起结构来增大凸起结构所在区域的声阻抗，以防止或减少上述能量泄露的方案。在上述方案中，凸起结构所在区域的膜层结构的声阻抗大于在该凸起结构的内侧的膜层结构的声阻抗。现有技术中，往往简单的认为通过设置凸起结构就可以增大凸起结构所在区域的声阻抗，但是，在实际中却存在即使设置了凸起结构，凸起结构所在区域的声阻抗与凸起结构内侧的区域的声阻抗也难以或不能形成有效的声学不匹配度的情况，此时则达不到通过设置凸起结构来减少能量泄露从而提升q值的效果。


技术实现要素：

8.为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本发明。
9.根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种体声波谐振器，包括：
10.基底；
11.声学镜；
12.底电极；
13.顶电极；和
14.压电层，设置在底电极与顶电极之间，
15.其中：
16.声学镜、顶电极、压电层和底电极在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；
17.所述谐振器还包括设置在有效区域内的凸起结构，所述凸起结构沿有效区域的边缘设置；
18.所述凸起结构、声学镜、顶电极、压电层和底电极在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成有效区域的边缘区，所述有效区域在水平方向上处于有效区域边缘部内侧的区域为有效区域的中心区；
19.所述谐振器在中心区内的膜层结构具有第一声阻抗，所述谐振器在边缘区内的膜层结构具有第二声阻抗，所述凸起结构具有预定厚度以使得所述第二声阻抗小于所述第一声阻抗。
20.本发明的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。
21.本发明的实施例也涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者上述的谐振器。
附图说明
22.以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
23.图1为已有的体声波谐振器的示意性截面图；
24.图2为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中谐振器并未设置钝化层；
25.图3a为示出在图2所示结构中的range2区域内的s1模式的色散曲线的示例图，range2区域中的凸起结构、顶电极和底电极为金属钨，压电层为氮化铝；
26.图3b为示出在图2所示结构中的range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图3b中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标代表声阻抗；
27.图3c示例性示出了图2所示结构中，凸起结构的厚度与range2区域的声阻抗之间的关系图；
28.图4为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中谐振器设置有钝化层；
29.图5a为示出在图4所示结构中的range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图5a中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标
代表声阻抗；
30.图5b示例性示出了图5a所示结构中，凸起结构的厚度与range2区域的声阻抗之间的关系图；
31.图6a为示出在图4所示结构中的range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图6a中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标代表声阻抗；
32.图6b示例性示出了图6a所示结构中，凸起结构的厚度与range2区域的声阻抗之间的关系图；
33.图7a为示出在图4所示结构中的range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图7a中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标代表声阻抗；
34.图7b示例性示出了图7a所示结构中，凸起结构的厚度与range2区域的声阻抗之间的关系图；
35.图8a为示出在图4所示结构中的range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图8a中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标代表声阻抗；
36.图8b示例性示出了图8a所示结构中，凸起结构的厚度与range2区域的声阻抗之间的关系图；
37.图9a为示出在图4所示结构中的range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图9a中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标代表声阻抗；
38.图9b示例性示出了图9a所示结构中，凸起结构的厚度与range2区域的声阻抗之间的关系图；
39.图10为示出在图4所示结构中凸起结构的厚度与range2区域的声阻抗之间的关系图，range2区域中的顶电极和底电极为钼，压电层和凸起结构为氮化铝。
具体实施方式
40.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
41.本发明提出了另外一种解决方案，具体的，谐振器设置的凸起结构所在区域的膜层结构的声阻抗小于在该凸起结构的内侧的膜层结构的声阻抗，如此能阻止或减少声波能量泄露到有效区域的外侧，从而可以提高并联谐振频率fp处的谐振器q值。
42.图2为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中谐振器并未设置钝化层，图2中各附图标记如下：
43.110：基底，可选材料为单晶硅、石英、砷化镓或蓝宝石等。
44.120：声学镜，其位于基底110的上表面或嵌于基底的内部，在图2中声学镜为嵌入基底中的空腔所构成，但是声学镜也可以为布拉格反射层及其他等效形式。
45.130：底电极，其可以沉积在声学镜的上表面，并覆盖声学镜。可将底电极 130边缘
刻蚀成斜面，并且该斜面与谐振器的有效区域边缘对齐，此外底电极 130的边缘还可以为阶梯状、垂直状或是其它相似的结构。底电极的材料可为：金(au)、钨(w)、钼(mo)、铂(pt)，钌(ru)、铱(ir)、钛钨(tiw)、铝(al)、钛 (ti)、锇(os)、镁(mg)、金(au)、钨(w)、钼(mo)、铂(pt)、钌(ru)、铱(ir)、锗(ge)、铜(cu)、铝(al)、铬(cr)、砷掺杂金等类似金属，以及以上金属的合金等。
46.140：压电薄膜层或压电层，可选氮化铝(aln)、氧化锌(zno)、锆钛酸铅(pzt)、铌酸锂(linbo3)、石英(quartz)、铌酸钾(knbo3)或钽酸锂(litao3)等材料，也可包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料，掺杂元素如钪(sc)、钇(y)、镁(mg)、钛(ti)、镧(la)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、钷(pm)、钐(sm)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)、镥(lu)等。
47.150：顶电极，其材料可为：金(au)、钨(w)、钼(mo)、铂(pt)，钌(ru)、铱(ir)、钛钨(tiw)、铝(al)、钛(ti)、锇(os)、镁(mg)、金(au)、钨(w)、钼(mo)、铂(pt)、钌(ru)、铱(ir)、锗(ge)、铜(cu)、铝(al)、铬(cr)、砷掺杂金等类似金属，以及以上金属的合金等。顶电极的材料与底电极可以相同也可以不同。在图2中，顶电极上方并未设置钝化层，但是如能够理解的，也可以设置钝化层。
48.160：凸起结构，凸起结构的材料同顶电极130或底电极150或压电层140。凸起结构位于有效区域的边缘位置，凸起结构可以降低其所在有效区域的声阻抗。
49.如图2所示的谐振器结构中，在顶电极150边缘range2处沉积凸起结构。如图2所示，谐振器按照层叠状态可分为三个区域，其中第一个区域range1为有效区域(底电极、压电层、顶电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重叠区域)的中心区(底电极、压电层、顶电极的重叠区)，第二个区域range2为有效区域的边缘区(底电极、压电层、顶电极、凸起结构的重叠区)，第三个区域range3为外侧区域或第三区(在图2中为在凸起结构的外侧在声学镜边界的内侧，底电极、压电层的重叠区)，这三个区域的声阻抗分别表示为z1、z2和z3，如图2所示。
50.在没有设置凸起结构(如图1)时，谐振器谐振产生的声波直接泄漏在没有顶电极的外侧区域(图1中的range2)中，导致谐振器的q值下降。而如图2 中所示的结构，如果在第二区域range2中谐振器对应部分的声阻抗小于第一区域range1中谐振器对应部分的声阻抗，则可以阻止声波能量泄露到有效区域外侧，从而提高q值。
51.在本发明中，每一区域的声阻抗可由该区域的色散曲线求出，此处的声阻抗是指声波在固体薄膜横向传播时的声阻抗值，求解的公式为其中，为该区域的平均密度，c为该区域横向声波的相速度，相速度可由f
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色散曲线中的纵坐标频率和k-色散曲线中的横坐标横向波矢计算得出。
52.根据声阻抗的计算公式，range2区域的声阻抗的大小主要和凸起结构的材料与厚度有关系，并且随着厚度的变化，range2区域的声阻抗的变化趋势与该区域的平均密度和相速度变化趋势有关。变化趋势具体情况有两种情况：
53.第一种情况：凸起结构选取的材料密度小于或等于range1区域的平均密度。随着凸起结构的厚度增加，range2区域的平均密度随之下降，相速度也随之下降，声阻抗也随之下降(例如参见后面提及的图10)。这种情况下，只要存在凸起结构，range2区域的声阻抗就小于range1区域的声阻抗，能够起到阻止声波能量泄露到有效区域外侧从而提高q值的作
用。
54.第二种情况：凸起结构选取的材料的密度大于range1区域的平均密度。随着凸起结构的厚度增加，range2区域的声阻抗存在下降后再上升的趋势(例如参见后面提及的图3c)；或者，随着凸起结构的加厚，range2区域的声阻抗存在声阻抗下降一段之后再次上升的趋势(例如参见后面提及的图5b，图6b)；或者，随着凸起结构的加厚，range2区域的声阻抗存在声阻抗下降一段之后再次上升然后下降的趋势(例如参见后面提及的图8b，图9b)。
55.根据上述的声阻抗变化规律，凸起结构的厚度应选取在一定范围内，以使得保证range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗，在进一步的实施例中，使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗0.2％以上，0.2％以上可以使两区域形成足够的声阻抗不匹配，可以更有效的阻止声波能量从有效区域 (range1 range2)泄露到外侧区域。在进一步的实施例中，可以在这个厚度范围内选择合适的厚度作为凸起结构的厚度。选择凸起结构的厚度一方面要考虑使得声阻抗不匹配尽量大，另一方面需要考虑工艺方面的实现。例如，若选取的凸起结构的厚度计算得到的range2的声阻抗值接近range1(例如小于 0.2％)，则不利于形成声阻抗的足够不匹配，达不到有效阻止声波能量泄露到有效区域外侧从而提高q值的作用。另外，若选取range2区域的声阻抗大于range1 区域也可以形成声阻抗的不匹配，但是，从图5b和图6b中可以看出，只有当凸起结构的厚度较大，例如大于1μm以上时，range2区域的声阻抗才能足够大形成这种不匹配。但是，凸起结构的厚度过厚，一方面在工艺上难以实现，另一方面会加剧声波在range1区域和range2区域在界面处的模式转换，不利于声波限制，导致寄生模式增多。综上所述，range2区域声阻抗小于range1区域工艺上更易实现且更有利于声波的限制及q值的提升。
56.基于以上，在第二种情况下，示例性的，假设图2的基底110为单晶硅基底(厚度为400μm)，底电极130(厚度为)、顶电极150(厚度为)、顶电极150(厚度为)、凸起结构160均为钨，压电层140(厚度为)为氮化铝。
57.图3a为示出基于上述的膜层材料和膜层厚度的、在图2所示结构中的 range2区域内的s1模式的色散曲线的示例图，图3a中横坐标代表横向的波矢，纵坐标代表频率(frequency)。图3a中，示出了基底110为单晶硅基底(厚度为400μm)，底电极130(厚度为)、顶电极150(厚度为)、凸起结构160均为钨，压电层140(厚度为)为氮化铝压电材料的情况下，凸起结构(ob)的厚度取值分别为0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1、0.12、 0.14、0.16、0.18、0.2μm时的色散曲线。如能够理解的，当凸起结构的厚度为0时，rang 1区域和range2区域的厚度相同，所以的色散曲线也相同。
58.图3b为示出基于膜层结构(基底110为单晶硅基底、厚度为400μm)，底电极130为钨且厚度为顶电极150为钨且厚度为凸起结构160 为钨且厚度为压电层140为氮化铝且厚度为)的、在图2所示结构中的range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图3b中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标代表声阻抗。
59.在图3b中，谐振器的并联谐振频率在图3b中标出为fp(纵坐标辅助线)，并联谐振频率处在range1区域和range2区域的横向波矢分别为k1＝0.365和 k2＝0.40(横坐标辅助线)，进而可以求出该频率下range1和range2区域的声阻抗分别为z1＝40.76trayl和z2＝
40.40trayl。图3b中可以看出，range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗，这可以有效阻止或减少声波的横向泄漏，从而提高并联谐振频率处的q值。
60.图3c示出了基于膜层结构(基底110为单晶硅基底且厚度为400μm，底电极130为钨且厚度为顶电极150为钨且厚度为凸起结构160 为钨，压电层140为氮化铝且厚度为)的、图2中的谐振器的range2 区域在并联谐振频率时的声阻抗值(acoustic impedance)与凸起结构的厚度 (ob height)之间的关系，可以看出，随着凸起结构的厚度的增加，range2区域的声阻抗出现一个先上升接着下降然后上升的趋势。在图3c中，凸起结构的厚度取了0-0.2μm之间以0.02μm为间隔的多个点。在图3c中，可以看到，相对于基于设置凸起结构增大range2区域的声阻抗(图3c中凸起结构的厚度不大于0.02μm)，基于设置凸起结构降低range2区域的声阻抗值而获得range2 区域与range1区域的阻抗值差值更大方面的效果更显著；而且，相对于例如设置凸起结构的厚度大于0.17μm而增大range2区域的声阻抗值，设置凸起结构降低range2区域的声阻抗值的方案的凸起结构的厚度可以更低，这也有助于谐振器的小型化。
61.基于以上，在本实施例中，可以选择凸起结构的厚度以使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗。具体的，凸起结构在一定厚度范围内(例如在图3b中，0.04-0.14μm),进一步的，使得range2区域的声阻抗小于range1 区域的声阻抗0.2％以上，以阻止或减少声波能量泄露到有效区域外侧，从而提高q值。
62.在以上的实施例中，压电层除了氮化铝之外，也可以为掺杂氮化铝或者前面提及的其他压电材料。
63.在以上的实施例中，也可以凸起结构采用钨，而顶电极和底电极采用前面提及的其他导电材料。
64.在本发明中，对于在第三区的s1模式色散曲线(如图3b中虚线)，其与谐振器的并联谐振频率没有交点，形成了s1模式声波禁带(s1模式在谐振器的并联谐振频率fp处无法在声学禁带内传播，形成声学阻断)，由于s1模式无法在第三区传播，更有利于声波能量的限制，从而可以提高fp处的q值。且随着凸起结构厚度的增加，第二区的色散曲线不断下降，此禁带进一步变宽，这增加第二区与第三区之间的不匹配。因此，可以选择特定范围的凸起结构的厚度，该厚度既可以使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗，同时还可以有一个较大的厚度，如此，可以有利于实现range1区域与range2区域之间的声学不匹配，以及range2区域与range3区域之间的声学不匹配。
65.以上关于第三区的描述也适用于本发明的其他实施例，在其他实施例中不再赘述。
66.下面参照图4、图5a-9b以顶电极、底电极、凸起结构均为钼而压电层为氮化铝为例示例性说明适当选择凸起结构的厚度以相对于range1区域降低range2 区域的声阻抗值。
67.图4为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中谐振器设置有钝化层，图4中各附图标记如下：
68.210：基底，可选材料为单晶硅、石英、砷化镓或蓝宝石等。
69.220：声学镜，其位于基底210的上表面或嵌于基底的内部，在图4中声学镜为嵌入基底中的空腔所构成，但是声学镜也可以为布拉格反射层及其他等效形式。
70.230：底电极，其可以沉积在声学镜的上表面，并覆盖声学镜。可将底电极 130边缘刻蚀成斜面，并且该斜面与谐振器的有效区域边缘对齐，此外底电极 130的边缘还可以为阶梯状、垂直状或是其它相似的结构。底电极的材料可为：金(au)、钨(w)、钼(mo)、铂(pt)，钌(ru)、铱(ir)、钛钨(tiw)、铝(al)、钛 (ti)、锇(os)、镁(mg)、金(au)、钨(w)、钼(mo)、铂(pt)、钌(ru)、铱(ir)、锗(ge)、铜(cu)、铝(al)、铬(cr)、砷掺杂金等类似金属，以及以上金属的合金等。
71.240：压电薄膜层或压电层，可选氮化铝(aln)、氧化锌(zno)、锆钛酸铅(pzt)、铌酸锂(linbo3)、石英(quartz)、铌酸钾(knbo3)或钽酸锂(litao3)等材料，也可包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料，掺杂元素如钪(sc)、钇(y)、镁(mg)、钛(ti)、镧(la)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、钷(pm)、钐(sm)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)、镥(lu)等。
72.250：顶电极，其材料可为：金(au)、钨(w)、钼(mo)、铂(pt)，钌(ru)、铱(ir)、钛钨(tiw)、铝(al)、钛(ti)、锇(os)、镁(mg)、金(au)、钨(w)、钼(mo)、铂(pt)、钌(ru)、铱(ir)、锗(ge)、铜(cu)、铝(al)、铬(cr)、砷掺杂金等类似金属，以及以上金属的合金等。顶电极的材料与底电极可以相同也可以不同。在图2中，顶电极上方并未设置钝化层，但是如能够理解的，也可以设置钝化层。
73.260：凸起结构，凸起结构的材料同顶电极230或底电极250或压电层240 或钝化层270。凸起解耦股260位于有效区域的边缘位置，凸起结构可以降低其所在有效区域的声阻抗。
74.270：钝化层，钝化层材料包括但不限于多晶硅sio2、si3n4、aln等。
75.如图4所示的谐振器结构中，在顶电极250边缘range2处沉积凸起结构。如图4所示，谐振器按照层叠状态可分为三个区域，其中第一个区域range1为有效区域(底电极、压电层、顶电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重叠区域)的中心区(底电极、压电层、顶电极的重叠区)，第二个区域range2为有效区域的边缘区(底电极、压电层、顶电极、凸起结构的重叠区)，第三个区域 range3为外侧区域或第三区(在图4中为在凸起结构的外侧在声学镜边界的内侧，底电极、压电层的重叠区)，这三个区域的声阻抗分别表示为z1、z2和z3，如图4所示。
76.在一个实施例中，假设range2区域的膜层结构为：底电极230为钼且厚度为压电层240为氮化铝且厚度为顶电极250为钼且厚度为顶电极250为钼且厚度为凸起结构260为钼且厚度为钝化层270为氮化铝且厚度为此膜层厚度的谐振器串联谐振频率fs为1.716ghz,并联谐振频率fp为 1.7675ghz，属于band3 tx频段。
77.图5a为示出基于上述的膜层材料和膜层厚度的、在图4所示结构中的range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图 5a中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标代表声阻抗。
78.在图5a中，谐振器的并联谐振频率在图5a中标出为fp(纵坐标辅助线)，并联谐振频率处在range1区域和range2区域的横向波矢分别为k1＝0.235和 k2＝0.260(横坐标辅助线)，进而可以求出该频率下range1和range2区域的声阻抗分别为z1＝51.97trayl和z2＝48.895trayl。图5a中可以看出，range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗，这可以
有效阻止或减少声波的横向泄漏，从而提高并联谐振频率处的q值。
79.图5b示出了基于膜层结构(底电极230为钼且厚度为压电层240 为氮化铝且厚度为顶电极250为钼且厚度为凸起结构260为钼、钝化层270为氮化铝且厚度为)的、图4中的谐振器的range2区域在并联谐振频率时的声阻抗值与凸起结构的厚度之间的关系，可以看出，随着凸起结构(ob)的厚度的增加，range2区域的声阻抗出现一个先下降后上升的趋势。在图5b中，凸起结构的厚度取了0-1.4μm之间以0.2μm为间隔的多个点。在图5b中，可以看到，相对于基于设置凸起结构增大range2区域的声阻抗(图5b中凸起结构的厚度大于1.2μm)，基于设置凸起结构降低range2区域的声阻抗值而获得range2区域与range1区域的阻抗值差值更大方面的效果更显著；而且，相对于例如设置凸起结构的厚度大于1.2μm而增大range2区域的声阻抗值，设置凸起结构降低range2区域的声阻抗值的方案的凸起结构的厚度可以更低，这也有助于谐振器的小型化。
80.基于以上，在本实施例中，可以选择凸起结构的厚度以使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗。具体的，凸起结构在一定厚度范围内(例如在图5b中，0.05-1μm),进一步的，使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗0.2％以上，以阻止或减少声波能量泄露到有效区域外侧，从而提高 q值。
81.在另一个实施例中，假设range2区域的膜层结构为：底电极230为钼且厚度为压电层240为氮化铝且厚度为顶电极250为钼且厚度为凸起结构260为钼且厚度为钝化层270为氮化铝且厚度为钝化层270为氮化铝且厚度为此膜层厚度的谐振器串联谐振频率fs为1.8159ghz,并联谐振频率fp为 1.87ghz，属于band3 rx频段。
82.图6a为示出基于上述的膜层材料和膜层厚度的、在图4所示结构中的 range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图 6a中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标代表声阻抗。
83.在图6a中，谐振器的并联谐振频率在图6a中标出为fp(纵坐标辅助线)，并联谐振频率处在range1区域和range2区域的横向波矢分别为k1＝0.245和 k2＝0.285(横坐标辅助线)，进而可以求出该频率下range1区域和range2区域的声阻抗分别为z1＝51.22trayl和z2＝47.031trayl。图6a中可以看出，range2 区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗，这可以有效阻止或减少声波的横向泄漏，从而提高并联谐振频率处的q值。
84.图6b示出了基于膜层结构(底电极230为钼且厚度为压电层240 为氮化铝且厚度为顶电极250为钼且厚度为凸起结构260为钼、钝化层270为氮化铝且厚度为)的、图4中的谐振器的range2区域在并联谐振频率时的声阻抗值与凸起结构的厚度之间的关系，可以看出，随着凸起结构(ob)的厚度的增加，range2区域的声阻抗出现一个先下降后上升的趋势。在图6b中，凸起结构的厚度取了0-1.4μm之间以0.2μm为间隔的多个点。不过，在图6b中，可以看到，在上述的厚度范围内并不存在随着厚度变化而增大range2区域的声阻抗的情况。实际上，在图6b中，在0.05μm-1μm的厚度范围内，range2区域的声阻抗相对于range1区域的声阻抗有较大的下降。
85.基于以上，在本实施例中，可以选择凸起结构的厚度以使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗。具体的，凸起结构在一定厚度范围内(例如在图6b中，0.05-1μ
m),进一步的，使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗0.2％以上，以阻止或减少声波能量泄露到有效区域外侧，从而提高 q值。
86.从图6b可以看出，从增加range2区域与range1区域的声阻抗不匹配度来看，并非凸起结构的厚度越大越好。
87.在再一个实施例中，假设range2区域的膜层结构为：底电极230为钼且厚度为压电层240为氮化铝且厚度为顶电极250为钼且厚度为凸起结构260为钼且厚度为钝化层270为氮化铝且厚度为钝化层270为氮化铝且厚度为此膜层厚度的谐振器串联谐振频率fs为1.926ghz,并联谐振频率fp为 1.98ghz，属于band1 tx频段。
88.图7a为示出基于上述的膜层材料和膜层厚度的、在图4所示结构中的 range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图 7a中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标代表声阻抗。
89.在图7a中，谐振器的并联谐振频率在图7a中标出为fp(纵坐标辅助线)，并联谐振频率处在range1和range2区域的横向波矢分别为k1＝0.25和k2＝0.275 (横坐标辅助线)，进而可以求出该频率下range1和range2区域的声阻抗分别为z1＝52.231trayl和z2＝49.2trayl。图7a中可以看出，range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗，这可以有效阻止或减少声波的横向泄漏，从而提高并联谐振频率处的q值。
90.图7b示出了基于膜层结构(底电极230为钼且厚度为压电层240 为氮化铝且厚度为顶电极250为钼且厚度为凸起结构260为钼、钝化层270为氮化铝且厚度为)的、图4中的谐振器的range2区域在并联谐振频率时的声阻抗值与凸起结构的厚度之间的关系，可以看出，随着凸起结构(ob)的厚度的增加，range2区域的声阻抗出现一个先下降后上升再下降的趋势。在图7b中，凸起结构的厚度取了0-1.4μm之间以0.2μm为间隔的多个点。在图7b中，可以看到，在上述的厚度范围内并不存在随着厚度变化而增大range2区域的声阻抗的情况。实际上，在图7b中，在0.05μm-1μm的厚度范围内，range2区域的声阻抗相对于range1区域的声阻抗有较大的下降。
91.基于以上，在本实施例中，可以选择凸起结构的厚度以使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗。具体的，凸起结构在一定厚度范围内(例如在图7b中，0.05-1μm),进一步的，使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗0.2％以上，以阻止或减少声波能量泄露到有效区域外侧，从而提高 q值。
92.从图7b可以看出，从增加range2区域与range1区域的声阻抗不匹配度来看，并非凸起结构的厚度越大越好。
93.在还一个实施例中，假设range2区域的膜层结构为：底电极230为钼且厚度为压电层240为氮化铝且厚度为顶电极250为钼且厚度为凸起结构260为钼且厚度为钝化层270为氮化铝且厚度为钝化层270为氮化铝且厚度为此膜层厚度的谐振器串联谐振频率fs为2.5138ghz,并联谐振频率fp为 2.567ghz，属于band7 tx频段。
94.图8a为示出基于上述的膜层材料和膜层厚度的、在图4所示结构中的 range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图 8a中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标代表声阻抗。
95.在图8a中，谐振器的并联谐振频率在图8a中标出为fp(纵坐标辅助线)，并联谐振频率处在range1和range2区域的横向波矢分别为k1＝0.295和 k2＝0.330(横坐标辅助线)，进而可以求出该频率下range1和range2区域的声阻抗分别为z1＝60.212trayl和z2＝55.429trayl。图8a中可以看出，range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗，这可以有效阻止或减少声波的横向泄漏，从而提高并联谐振频率处的q值。
96.图8b示出了基于膜层结构(底电极230为钼且厚度为压电层240 为氮化铝且厚度为顶电极250为钼且厚度为凸起结构260为钼、钝化层270为氮化铝且厚度为)的、图4中的谐振器的range2区域在并联谐振频率时的声阻抗值与凸起结构的厚度之间的关系，可以看出，随着凸起结构(ob)的厚度的增加，range2区域的声阻抗出现一个先下降后略上升再下降的趋势。在图8b中，凸起结构的厚度取了0-1.4μm之间以0.2μm为间隔的多个点。在图8b中，可以看到，在上述的厚度范围内并不存在随着厚度变化而增大range2区域的声阻抗的情况。实际上，在图8b中，在大于0.05μm 的厚度范围内，range2区域的声阻抗相对于range1区域的声阻抗有较大的下降。
97.基于以上，在本实施例中，可以选择凸起结构的厚度以使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗。具体的，凸起结构在一定厚度范围内(例如在图8b中，大于0.05μm),进一步的，使得range2区域的声阻抗小于range1 区域的声阻抗0.2％以上，以阻止或减少声波能量泄露到有效区域外侧，从而提高q值。
98.在又一个实施例中，假设range2区域的膜层结构为：底电极230为钼且厚度为压电层240为氮化铝且厚度为顶电极250为钼且厚度为凸起结构260为钼且厚度为钝化层270为氮化铝且厚度为钝化层270为氮化铝且厚度为此膜层厚度的谐振器串联谐振频率fs为2.6205ghz,并联谐振频率fp为 2.681ghz，属于band7 rx频段。
99.图9a为示出基于上述的膜层材料和膜层厚度的、在图4所示结构中的 range1区域以及range2区域内的s1模式的色散曲线以及声阻抗的示例图，图9a中横坐标代表横向的波矢，左侧纵坐标代表频率，右侧纵坐标代表声阻抗。
100.在图9a中，谐振器的并联谐振频率在图9a中标出为fp(纵坐标辅助线)，并联谐振频率处在range1和range2区域的横向波矢分别为k1＝0.310和 k2＝0.370(横坐标辅助线)，进而可以求出该频率下range1和range2区域的声阻抗分别为z1＝59.026trayl和z2＝51.65trayl。图9a中可以看出，range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗，这可以有效阻止或减少声波的横向泄漏，从而提高并联谐振频率处的q值。
101.图9b示出了基于膜层结构(底电极230为钼且厚度为压电层240 为氮化铝且厚度为顶电极250为钼且厚度为凸起结构260为钼、钝化层270为氮化铝且厚度为)的、图4中的谐振器的range2区域在并联谐振频率时的声阻抗值与凸起结构的厚度之间的关系，可以看出，随着凸起结构(ob)的厚度的增加，range2区域的声阻抗出现一个先下降后略上升再下降的趋势。在图9b中，凸起结构的厚度取了0-1.4μm之间以0.2μm为间隔的多个点。在图9b中，可以看到，在上述的厚度范围内并不存在随着厚度变化而增大range2区域的声阻抗的情况。实际上，在图9b中，在大于0.05μm 的厚度范围内，range2区域的声阻抗相对于range1区域的声阻抗有较大的下降。
102.基于以上，在本实施例中，可以选择凸起结构的厚度以使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗。具体的，凸起结构在一定厚度范围内(例如在图9b中，大于0.05μm),进一步的，使得range2区域的声阻抗小于range1 区域的声阻抗0.2％以上，以阻止或减少声波能量泄露到有效区域外侧，从而提高q值。
103.图3a-图9b示出的示例对应于前面提到的第二种情况：凸起结构选取的材料的密度大于range1区域的平均密度。
104.图10则对应于前面提及的第一种情况：凸起结构选取的材料密度小于 range1区域的平均密度。图10为示出在图4所示结构中凸起结构的厚度与 range2区域的声阻抗之间的关系图。
105.图10对应的膜层结构中，凸起结构为氮化铝。
106.具体的，图10示出了基于膜层结构(底电极230为钼且厚度为压电层240为氮化铝且厚度为顶电极250为钼且厚度为凸起结构260为氮化铝、钝化层270为氮化铝且厚度为)的、图4中的谐振器的range2区域在并联谐振频率时的声阻抗值与凸起结构的厚度之间的关系。此膜层厚度的谐振器串联谐振频率fs为1.8159ghz,并联谐振频率fp为1.87ghz，属于band3 rx频段。可以看出，随着凸起结构(ob)的厚度的增加，range2区域的声阻抗随之下降。在图10中，凸起结构的厚度取了0-1.4μm之间以0.2 μm为间隔的多个点。在图10中，可以看到，在上述的厚度范围内并不存在随着厚度变化而增大range2区域的声阻抗的情况。实际上，在图10中，在大于 0.05μm的厚度范围内，range2区域的声阻抗相对于range1区域的声阻抗有较大的下降。
107.基于以上，在本实施例中，可以选择凸起结构的厚度以使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗。具体的，凸起结构在一定厚度范围内(例如不小于0.2μm，在图10中，例如大于0.05μm),进一步的，使得range2区域的声阻抗小于range1区域的声阻抗0.2％以上，以阻止或减少声波能量泄露到有效区域外侧，从而提高q值。
108.从例如图3c，图5b，图6b，图7b可以看出，简单的认为通过设置凸起结构就可以增大凸起结构所在区域的声阻抗，在实际中却存在即使设置了凸起结构，也存在凸起结构所在区域的声阻抗与凸起结构内侧的区域的声阻抗难以或不能形成有效的声学不匹配度的情况。从例如图3c，图5b，图6b，图7b，图 8b，图9b和图10可以看出，设置凸起结构并不意味着会使得凸起结构所在区域的声阻抗的值会增加，实际上，在很多情况下，会导致凸起结构所在区域的声阻抗的值下降。
109.在本发明中，基于设置凸起结构(选择某些范围的厚度)存在导致凸起结构所在区域的声阻抗下降的事实，基于不同的膜层条件选择预定范围厚度内的凸起结构，可以保证设置凸起结构则凸起结构所在区域的声阻抗下降，从而不存在现有技术中以为设置了凸起结构从而凸起结构所在区域的声阻抗上升但是实际上凸起结构所在区域的声阻抗下降这样的情况。在本发明中，基于设置凸起结构(选择某些范围的厚度)存在导致凸起结构所在区域的声阻抗下降的事实，基于不同的膜层条件可以选择预定范围厚度内的凸起结构，可以较为精确的控制凸起结构所在区域的声阻抗的下降值或下降范围，这有助于在range1区域与range2区域之间形成有效的声学不匹配结构，这能阻止或减少声波能量泄露到有效区域的外侧，从而可以提高并联谐振频率fp处的谐振器q值。
110.在例如图3c，图5b，图6b，图7b所示的range2区域的声阻抗随着凸起结构的厚度的增加存在下降后上升的情况，其对应的膜层结构中，压电层的厚度与range2区域的总膜层厚度的比值在35％以上的范围内。
111.在例如图8b和图9b所示的range2区域的声阻抗随着凸起结构的厚度的增加存在下降后略上升而后下降或者基本随着凸起结构的厚度的增加存在下降的情况，其对应的膜层结构中，压电层的厚度与range2区域的总膜层厚度的比值在小于35％的范围内。
112.在本发明所示的实施例中，凸起结构设置在顶电极的上方，但是本发明不限于此。凸起结构也可以设置在由顶电极、压电层和底电极构成的三明治膜层结构中的其他位置，例如可以设置在底电极与压电层之间，这些也在本发明的保护范围之内。
113.在本发明中：band3 tx频段指的是1.71ghz-1.785ghz，band3 rx频段指的是1.805ghz-1.880ghz；band1 tx频段指的是1.92ghz-1.98ghz；band7 tx频段指的是2.5ghz-2.57ghz，band7 rx频段指的是2.62ghz-2.69ghz。
114.在本发明中，对于凸起结构的材料密度小于中心区的平均密度的情况，在本发明的一个实施例中，所述谐振器的串联谐振频率或并联谐振频率在band3 rx 频段范围内；且所述凸起结构的厚度不小于0.05μm。
115.在本发明中，对于凸起结构的材料密度大于中心区的平均密度的情况，在本发明的一个实施例中，谐振器的串联谐振频率或并联谐振频率在band3 tx或 band3 rx或band1 tx频段范围内；且凸起结构的厚度在0.05μm-1μm的范围内。
116.在本发明中，对于凸起结构的材料密度大于中心区的平均密度的情况，在本发明的一个实施例中，谐振器的串联谐振频率或并联谐振频率在band7 tx或 band7 rx频段范围内；且凸起结构的厚度不小于0.05μm。
117.需要指出的是，在本发明中，各个数值范围，除了明确指出不包含端点值之外，除了可以为端点值，还可以为各个数值范围的中值，这些均在本发明的保护范围之内。
118.在本发明中，上和下是相对于谐振器的基底的底面而言的，对于一个部件，其靠近该底面的一侧为下侧，远离该底面的一侧为上侧。
119.在本发明中，内和外是相对于谐振器的有效区域的中心(即有效区域中心) 在横向方向或者径向方向上而言的，一个部件的靠近有效区域中心的一侧或一端为内侧或内端，而该部件的远离有效区域中心的一侧或一端为外侧或外端。对于一个参照位置而言，位于该位置的内侧表示在横向方向或径向方向上处于该位置与有效区域中心之间，位于该位置的外侧表示在横向方向或径向方向上比该位置更远离有效区域中心。
120.如本领域技术人员能够理解的，根据本发明的体声波谐振器可以用于形成滤波器或电子设备。这里的电子设备，包括但不限于射频前端、滤波放大模块等中间产品，以及手机、wifi、无人机等终端产品。
121.基于以上，本发明提出了如下技术方案：
122.1、一种体声波谐振器，包括：
123.基底；
124.声学镜；
125.底电极；
126.顶电极；和
127.压电层，设置在底电极与顶电极之间，
128.其中：
129.声学镜、顶电极、压电层和底电极在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；
130.所述谐振器还包括设置在有效区域内的凸起结构，所述凸起结构沿有效区域的边缘设置；
131.所述凸起结构、声学镜、顶电极、压电层和底电极在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成有效区域的边缘区，所述有效区域在水平方向上处于有效区域边缘部内侧的区域为有效区域的中心区；
132.所述谐振器在中心区内的膜层结构具有第一声阻抗，所述谐振器在边缘区内的膜层结构具有第二声阻抗，所述凸起结构具有预定厚度以使得所述第二声阻抗小于所述第一声阻抗。
133.2、根据1所述的谐振器，其中：
134.所述第一声阻抗与第二声阻抗之间的差值不小于第一声阻抗的0.2％。
135.3、根据1所述的谐振器，其中：
136.所述谐振器还包括在水平方向上处于边缘区的外侧与声学镜的边界之间的第三区，所述谐振器在顶电极的非电极连接端的第三区内的膜层结构具有s1模式声波禁带。
137.4、根据1-3中任一项所述的谐振器，其中：
138.所述凸起结构的材料密度小于中心区的平均密度。
139.5、根据4所述的谐振器，其中：
140.所述谐振器的串联谐振频率或并联谐振频率在band3 rx频段范围内；且
141.所述凸起结构的厚度不小于0.05μm。
142.6、根据5所述的谐振器，其中：
143.所述谐振器不包括位于覆盖顶电极的钝化层，所述凸起结构的材料与压电层的材料相同；或者
144.所述谐振器还包括覆盖顶电极的钝化层，所述凸起结构的材料与所述钝化层的材料相同。
145.7、根据6所述的谐振器，其中：
146.顶电极与底电极的材料为钼，压电层的材料为氮化铝或掺杂氮化铝，凸起结构的材料为氮化铝或掺杂氮化铝。
147.8、根据1-3中任一项所述的谐振器，其中：
148.所述凸起结构的材料密度大于中心区的平均密度。
149.9、根据8所述的谐振器，其中：
150.凸起结构的材料为钨。
151.10、根据9所述的谐振器，其中：
152.顶电极、底电极和凸起结构的材料为钨，压电层的材料为氮化铝或掺杂氮化铝；且
153.凸起结构的厚度在0.04μm-0.14μm的范围内。
154.11、根据8所述的谐振器，其中：
155.谐振器的串联谐振频率或并联谐振频率在band3 tx或band3 rx，或band1 tx频段
范围内；
156.凸起结构的厚度在0.05μm-1μm的范围内。
157.12、根据8所述的谐振器，其中：
158.谐振器的串联谐振频率或并联谐振频率在band7 tx或band7 rx频段范围的范围内；
159.凸起结构的厚度不小于0.05μm。
160.13、根据11或12所述的谐振器，其中：
161.凸起结构的材料为钼。
162.14、根据13所述的谐振器，其中：
163.顶电极、底电极和凸起结构的材料为钼，压电层的材料为氮化铝或掺杂氮化铝。
164.15、根据14所述的谐振器，其中：
165.所述谐振器在所述有效区域内的膜层结构包括覆盖顶电极的钝化层，所述钝化层为氮化铝层；或者
166.所述谐振器在所述有效区域内的膜层结构不包括覆盖顶电极的钝化层。
167.16、根据1-3中任一项所述的谐振器，其中：
168.所述凸起结构设置在顶电极的上方；或者
169.所述凸起结构设置在底电极与压电层之间。
170.17、一种滤波器，包括根据1-16中任一项所述的体声波谐振器。
171.18、一种电子设备，包括根据17所述的滤波器或者根据1-17中任一项所述的谐振器。
172.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。