横向激励体声波谐振器及滤波器的制作方法

1.本发明涉及谐振器技术领域，具体而言，涉及一种横向激励体声波谐振器及滤波器。


背景技术：

2.近年来，横向激励体声波谐振器已成为应用于未来5g乃至6g移动通信的研究热点，因其具有高机电耦合系数、高谐振频率的优点，因此，对于移动通信越来越大的信息流的性能要求来说是一个绝佳选择。一般来讲，超高频谐振器主要包含压电薄膜和位于压电薄膜上的上叉指电极，其中，上叉指电极用于提供交变电压以通过逆压电效应使压电薄膜产生变形，从而激发声波。
3.然而，现有的横向激励体声波谐振器虽然具有较高的机电耦合系数和高谐振频率，但其仍然存在着机械品质因数较低的缺陷，这就导致谐振器内部能量耗散较多，在其应用于5g通信时会具有较高的插入损耗，以及较差的滚降特性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种横向激励体声波谐振器及滤波器，其能够有效提高横向激励体声波谐振器的机械品质因数、克服现有技术中横向激励体声波谐振器的能量损耗过多的缺陷。
5.本发明的实施例是这样实现的：
6.本发明的一方面，提供一种横向激励体声波谐振器，该横向激励体声波谐振器包括衬底、位于衬底上的压电层，以及分别位于压电层上的上叉指电极层、横向反射结构和纵向反射结构；横向反射结构包括沿第一方向排布于上叉指电极层两侧的两第一反射条，纵向反射结构包括沿第二方向排布于上叉指电极层两侧的两第二反射条，第一方向为上叉指电极层的各子电极的排布方向，第二方向与第一方向垂直且与衬底和压电层的层叠方向垂直；其中，第一反射条沿第一方向的宽度和第二反射条沿第二方向的宽度分别大于上叉指电极层的各子电极沿第一方向的宽度，且第一反射条和第二反射条在压电层上的高度分别大于上叉指电极层在压电层上的高度。该横向激励体声波谐振器能够有效提高横向激励体声波谐振器的机械品质因数、克服现有技术中横向激励体声波谐振器的能量损耗过高的缺陷。
7.可选地，上叉指电极层包括第一电极阵列和第二电极阵列，第一电极阵列和第二电极阵列分别包括沿第一方向排布的多个子电极，且第一电极阵列的子电极和第二电极阵列的子电极交替排布；其中，两第一反射条、第一电极阵列和第二电极阵列分别由同一金属层图案化得到，且一个第一反射条的一端与第一电极阵列通过第一汇电区连接，另一个第一反射条与第二电极阵列通过第二汇电区连接，第一汇电区用于供第一电极阵列的各子电极进行汇电，第二汇电区用于供第二电极阵列的各子电极进行汇电。
8.可选地，两第二反射条、第一电极阵列和第二电极阵列分别由同一金属层图案化
得到，且两第二反射条分别位于第一汇电区和第二汇电区内，第一电极阵列的各子电极通过位于第一汇电区的第二反射条汇电，第二电极阵列的各子电极通过位于第二汇电区的第二反射条汇电。
9.可选地，每个第一反射条均包括沿第一方向并排设置的两第一子反射条。
10.可选地，横向反射结构、纵向反射结构和上叉指电极层在压电层上的正投影无交叠。
11.可选地，一第一反射条、一第二反射条、另一第一反射条和另一第二反射条首尾连接以形成框架式反射结构。
12.可选地，框架式反射结构包括两个，且其中一个框架式反射结构围设于另一框架式反射结构和上叉指电极层之间。
13.可选地，第一反射条和第二反射条在衬底上的正投影形状为多边形、椭圆形、不规则图形中的任意一种。
14.可选地，横向激励体声波谐振器还包括位于衬底和压电层之间的绝缘层。
15.本发明的另一方面，提供一种滤波器，该滤波器包括上述的横向激励体声波谐振器。
16.本发明的有益效果包括：
17.本技术提供的横向激励体声波谐振器包括衬底、位于衬底上的压电层，以及分别位于压电层上的上叉指电极层、横向反射结构和纵向反射结构；横向反射结构包括沿第一方向排布于上叉指电极层两侧的两第一反射条，纵向反射结构包括沿第二方向排布于上叉指电极层两侧的两第二反射条，第一方向为上叉指电极层的各子电极的排布方向，第二方向与第一方向垂直且与衬底和压电层的层叠方向垂直；其中，第一反射条沿第一方向的宽度和第二反射条沿第二方向的宽度分别大于上叉指电极层的各子电极沿第一方向的宽度，且第一反射条和第二反射条在压电层上的高度分别大于上叉指电极层在压电层上的高度。本技术通过在上叉指电极层边缘分别设置横向反射结构和纵向反射结构，能够对声波进行有效反射，从而将横向激励体声波谐振器的振动能量束缚在反射边界内的有效谐振区域，从而能够有效提高横向激励体声波谐振器的机械品质因数、克服现有技术中横向激励体声波谐振器的能量损耗过高的缺陷。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
19.图1为本发明一些实施例提供的横向激励体声波谐振器的结构示意图之一；
20.图2为本发明一些实施例提供的横向激励体声波谐振器的结构示意图之二；
21.图3为本发明一些实施例提供的横向激励体声波谐振器和现有技术提供的横向激励体声波谐振器的仿真效果对比图；
22.图4为图3中a处的局部放大图；
23.图5为本发明一些实施例提供的横向激励体声波谐振器的结构示意图之三；
24.图6为本发明一些实施例提供的横向激励体声波谐振器的结构示意图之四；
25.图7为本发明一些实施例提供的横向激励体声波谐振器的结构示意图之五。
26.图标：10-衬底；20-压电层；30-上叉指电极层；31-第一电极阵列；32-第二电极阵列；33-子电极；a-第一汇电区；b-第二汇电区；40-横向反射结构；41-第一反射条；50-纵向反射结构；51-第二反射条；60-绝缘层；a-第一方向；b-第二方向。
具体实施方式
27.下文陈述的实施方式表示使得本领域技术人员能够实践所述实施方式所必需的信息，并且示出了实践所述实施方式的最佳模式。在参照附图阅读以下描述之后，本领域技术人员将了解本发明的概念，并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用属于本发明和随附权利要求的范围内。
28.应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区域分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
29.应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。
30.诸如“在
…
下方”或“在
…
上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可用来描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图中所示出。应当理解，这些术语和上文所论述的那些术语意图涵盖装置的除图中所描绘的取向之外的不同取向。
31.本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而且并不意图限制本发明。如本文所使用，除非上下文明确地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”意图同样包括复数形式。还应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或者增添一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或上述各项的组。
32.除非另外界定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样界定。
33.请参照图1，本实施例提供一种横向激励体声波谐振器，该横向激励体声波谐振器
包括衬底10、位于衬底10上的压电层20，以及分别位于压电层20上的上叉指电极层30、横向反射结构40和纵向反射结构50；横向反射结构40包括沿第一方向a排布于上叉指电极层30两侧的两第一反射条41，纵向反射结构50包括沿第二方向b排布于上叉指电极层30两侧的两第二反射条51，第一方向a为上叉指电极层30的各子电极33的排布方向，第二方向b与第一方向a垂直且与衬底10和压电层20的层叠方向垂直；其中，第一反射条41沿第一方向a的宽度和第二反射条51沿第二方向b的宽度分别大于上叉指电极层30的各子电极33沿第一方向a的宽度，且第一反射条41和第二反射条51在压电层20上的高度分别大于上叉指电极层30在压电层20上的高度。该横向激励体声波谐振器能够有效提高横向激励体声波谐振器的机械品质因数、克服现有技术中横向激励体声波谐振器的能量损耗过高的缺陷。
34.可选地，该横向激励体声波谐振器还可以包括位于衬底10和压电层20之间的绝缘层60。其中，该绝缘层60可以通过热氧或化学气相沉积的方法形成于衬底10的上表面。且可以通过湿法刻蚀的方式去除衬底10的空腔上方的部分。绝缘层60用于压电层20与衬底10之间的粘合，并防止电荷泄露。
35.衬底10主要起支撑作用；压电层20可以通过离子切片技术制备，其用于根据逆压电效应实现电能和机械能相互转换；上叉指电极层30可以通过溅射、沉积、光刻等工艺形成于压电层20上表面，用于施加交变电压，产生横向电场。
36.本技术提供的横向激励体声波谐振器还设置有横向反射结构40和纵向反射结构50，如图1和图2所示。其中，横向反射结构40设置在横向两侧边缘(谐振器的横向两侧即对应图2中的水平方向的相对两端)的末端用以反射声波，以将声波束缚在谐振器的有效谐振区域内；纵向反射结构50设置在谐振器的纵向两侧边缘(谐振器的纵向两侧即对应至图2中则为竖直方向的相对两端)的末端用以反射声波。本技术通过设置横向反射结构40和纵向反射结构50能够将声波束缚在有效谐振区域内，从而提高谐振器的机械品质因数。
37.其中，如图2所示，横向反射结构40包括沿第一方向a排布的两第一反射条41，其中一个第一反射条41位于上叉指电极层30的一侧、另一个第一反射条41位于上叉指电极层30的另一侧。纵向反射结构50包括沿第二方向b排布的两第二反射条51，其中一个第二反射条51位于上叉指电极层30的一侧、另一个第二反射条51位于上叉指电极层30的另一侧。
38.还有，在本实施例中，由于横向反射结构40和纵向反射结构50是用于反射声波的，因此，对应地，第一反射条41沿第一方向a的宽度大于上叉指电极层30的各子电极33沿第一方向a的宽度，且第一反射条41在压电层20上的高度大于上叉指电极层30在压电层20上的高度。同理，第二反射条51沿第二方向b的宽度大于上叉指电极层30的各子电极33沿第一方向a的宽度，且第二反射条51在压电层20上的高度大于上叉指电极层30在压电层20上的高度，如图1和图2所示。请结合参照图3和图4，图3为本技术提供的横向激励体声波谐振器和现有技术提供的横向激励体声波谐振器的仿真效果对比图，图4为图3中a处的局部放大图。其中，实线为现有技术提供的横向激励体声波谐振器的仿真曲线，虚线为本技术提供的横向激励体声波谐振器的仿真曲线。可以看出，相对现有技术而言，本技术的仿真曲线更加尖锐，本技术增设的反射边界(即横向反射结构40和纵向反射结构50)能够将横向激励体声波谐振器中的声波进行有效反射，将谐振器振动能量束缚在反射边界内的有效谐振区域内，从而能够改善横向激励体声波谐振器的机械品质因数，减少谐振器的能量损耗。
39.综上所述，本技术提供的横向激励体声波谐振器包括衬底10、位于衬底10上的压
电层20，以及分别位于压电层20上的上叉指电极层30、横向反射结构40和纵向反射结构50；横向反射结构40包括沿第一方向a排布于上叉指电极层30两侧的两第一反射条41，纵向反射结构50包括沿第二方向b排布于上叉指电极层30两侧的两第二反射条51，第一方向a为上叉指电极层30的各子电极33的排布方向，第二方向b与第一方向a垂直且与衬底10和压电层20的层叠方向垂直；其中，第一反射条41沿第一方向a的宽度和第二反射条51沿第二方向b的宽度分别大于上叉指电极层30的各子电极33沿第一方向a的宽度，且第一反射条41和第二反射条51在压电层20上的高度分别大于上叉指电极层30在压电层20上的高度。本技术通过在上叉指电极层30边缘分别设置横向反射结构40和纵向反射结构50，能够对声波进行有效反射，从而将横向激励体声波谐振器的振动能量束缚在反射边界内的有效谐振区域，从而能够有效提高横向激励体声波谐振器的机械品质因数、克服现有技术中横向激励体声波谐振器的能量损耗过高的缺陷。
40.请参照图2和图6，可选地，上叉指电极层30包括第一电极阵列31和第二电极阵列32，第一电极阵列31和第二电极阵列32分别包括沿第一方向a排布的多个子电极33，且第一电极阵列31的子电极33和第二电极阵列32的子电极33交替排布；其中，两第一反射条41、第一电极阵列31和第二电极阵列32分别由同一金属层图案化得到，且一个第一反射条41的一端与第一电极阵列31通过第一汇电区a连接，另一个第一反射条41与第二电极阵列32通过第二汇电区b连接，第一汇电区a用于供第一电极阵列31的各子电极33进行汇电，第二汇电区b用于供第二电极阵列32的各子电极33进行汇电。
41.上述两第一反射条41、第一电极阵列31和第二电极阵列32分别由同一金属层图案化得到，即两第一反射条41是通过图案化上叉指电极层30得到的，也就是说，两第一反射条41和上叉指电极层30是通过对电极金属层进行图案化一次性得到的。如此，也可以认为是第一反射条41属于上叉指电极层30的一部分(即两个第一反射条41分别为上叉指电极层30沿第一方向a的相对两侧的两子电极33，只不过是该两个子电极33的宽度和高度分别大于位于中间部分的子电极33的宽度和高度)。这样，相对刻蚀压电层20以形成横向反射结构40而言，这种方式不会影响压电层20的性能。
42.其中，需要说明的是，上述第一汇电区a是用于第一电极阵列31汇电的区域，第二汇电区b是用于第二电极阵列32汇电的区域。
43.此外，上叉指电极层30的电阻可以根据以下公式求得：
[0044][0045]
根据公式(1)可知，由于横向反射结构40能够认为是作为上叉指电极的其中子电极33的一部分，并且其高度和宽度均大于中间区域的子电极33，这样，子电极33横截面积的增大，可以显著降低电极的阻抗，减少欧姆损耗，提高谐振器机械品质因数。
[0046]
同理，可选地，两第二反射条51、第一电极阵列31和第二电极阵列32也可以是分别由同一金属层图案化得到(这样的话，则表示两第一反射条41、两第二反射条51和上叉指电极层30是对电极金属层进行图案化后一次性得到的；也就是说，图案化电极金属层以得到第一电极阵列31、第二电极阵列32、两第一反射条41和两第二反射条51)。且两第二反射条51分别位于第一汇电区a和第二汇电区b内，第一电极阵列31的各子电极33通过位于第一汇电区a的第二反射条51汇电，第二电极阵列32的各子电极33通过位于第二汇电区b的第二反
射条51汇电。
[0047]
需要说明的是，两第二反射条51分别位于第一汇电区a和第二汇电区b内，第一电极阵列31的各子电极33通过位于第一汇电区a的第二反射条51汇电，第二电极阵列32的各子电极33通过位于第二汇电区b的第二反射条51汇电。上述情况，也可以认为是，两个第二反射条51分别为上叉指电极层30沿第二方向b设置的第一汇电区a的汇电部分和第二汇电区b的汇电部分，只不过是相对现有技术而言，本技术的第一汇电区a的汇电部分和第二汇电区b的汇电部分的高度较高。如何设置，本技术既可以实现有效提高横向激励体声波谐振器的机械品质因数、克服现有技术中横向激励体声波谐振器的能量损耗过高的缺陷，又可以避免横向反射结构40和纵向反射结构50对器件面积的占用。
[0048]
请参照图5所示，可选地，每个第一反射条41均包括沿第一方向a并排设置的两第一子反射条。这样，能够进一步减小电阻欧姆损耗，并提高对声波能量的抑制效果。
[0049]
本实施例前述部分主要是以横向反射结构40和纵向反射结构50作为上叉指电极层30的一部分为例进行举例说明的(即横向反射结构40为上叉指电极层30的最外侧的子电极33，纵向反射结构50为上叉指电极层30的第一汇电区a和第二汇电区b的汇电部分)。当然，本技术不限于此，在其他的实施例中，横向反射结构40和纵向反射结构50也和上叉指电极层30相互独立。
[0050]
即，可选地，横向反射结构40、纵向反射结构50和上叉指电极层30在压电层20上的正投影无交叠，如图6所示。
[0051]
在这样情况下，可选地，一第一反射条41、一第二反射条51、另一第一反射条41和另一第二反射条51可以首尾连接以形成框架式反射结构，如图6所示。当然，这仅是示例，在其他的实施例中，横向反射结构40、纵向反射结构50和上叉指电极层30在压电层20上的正投影无交叠，但是第一反射条41和与其相邻的第二反射条51可以连接也可以不连接。
[0052]
当一第一反射条41、一第二反射条51、另一第一反射条41和另一第二反射条51首尾连接以形成框架式反射结构时，在本实施例中，可选地，框架式反射结构可以包括两个，且其中一个框架式反射结构围设于另一框架式反射结构和上叉指电极层30之间，如图7所示。这样的话，则每个第一反射条41包括两个第一子反射条，同理每个第二反射条51包括两个第二子反射条。
[0053]
可选地，第一反射条41和第二反射条51在衬底10上的正投影形状为多边形、椭圆形、不规则图形中的任意一种。具体地，第一反射条41和第二反射条51的形状本技术不做限制，本领域技术人员可以根据实际情况自行选择。
[0054]
本发明的另一方面，提供一种滤波器，该滤波器包括上述的横向激励体声波谐振器。由于该横向激励体声波谐振器的具体结构及其有益效果均已在前文做了详细阐述，故本技术在此不再赘述。
[0055]
以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0056]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。