[发明专利]基于元素掺杂缩小有效面积的谐振器、滤波器和电子设备

说明书

本发明涉及一种减小谐振器的面积的方法，所述谐振器的阻抗值预定且所述谐振器具有由底电极、压电层和顶电极构成的三明治结构，所述方法包括步骤：在所述压电层中掺杂元素，以减小所述有效区域的面积。本发明还涉及一种具有预定阻抗值的谐振器，包括由底电极、压电层和顶电极构成的三明治结构，其中：在所述压电层中掺杂有元素；且所述谐振器的面积不大于参照谐振器的面积的80％，所述参照谐振器为与所述谐振器结构相同、具有所述预定阻抗值且压电层未掺杂元素的谐振器。本发明也涉及一种滤波器以及具有该滤波器的电子设备。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种谐振器，一种滤波器单元，一种缩小谐振器的面积的方法，一种具有该谐振器或者滤波器单元的滤波器以及一种具有该谐振器或者滤波器的电子设备。

背景技术

利用压电薄膜在厚度方向的纵向谐振所制成的薄膜体声波谐振器，在手机通讯和高速串行数据应用等方面已经成为声表面波器件和石英晶体谐振器的一个可行的替代。

具有薄膜体声波谐振器的射频前端体声波滤波器/双工器提供优越的滤波特性，例如低插入损耗，陡峭的过渡带，较大的功率容量，较强的抗静电放电 (ESD)能力。具有超低频率温度漂移的高频薄膜体声波谐振器，其相位噪声低，功耗低且带宽调制范围大。除此之外，这些微型薄膜谐振器在硅衬底上使用CMOS 兼容的加工工艺，这样可以降低单位成本，并有利于最终与CMOS电路集成。

体声波谐振器的传统结构如图1a和图1b所示，其中图1b由图1a按折线 AOA’剖开获得。

如图1a和图1b所示，体声波谐振器具有基底P100；声学镜结构P200嵌入基底或位于基底表面，声学镜P200的具体结构可包含空腔或布拉格反射层或其他可反射声波的等效构造；底电极P300覆盖声学镜结构和部分基底；压电薄膜层P400覆盖底电极和部分基底；顶电极P500位于压电层之上，并覆盖部分压电层。其中顶电极P500、压电层P400、底电极P300以及空腔P200的横向重合部分定义了体声波谐振器的有效声学区域(简称有效区域)AR。通常，底电极 P300和顶电极P500还分别具有如图1a所示的电极引脚P301和P501(图1b中未示出)。此外，图1a和图1b中还略去了通常覆盖在谐振器的功能层如P500 和P400表面的工艺调节层，该类工艺层的作用通常为保护谐振器不受外界水汽和氧气的侵蚀，或对谐振器的性能参数(如频率等)进行调节。

射频滤波器小型化的要求导致芯片面积越来越小。不过，在现有技术中，芯片上的器件功能区域的面积基本不变，也占据了芯片的大部分面积，这直接导致在滤波器日渐小型化的情况下，芯片上功能区域之外的面积变小，从而迫使缩小功能区域以外的垫片(Pad)及过孔尺寸。而垫片及过孔尺寸越小，其电学阻抗越大，会影响滤波器的插入损耗以及散热，从而导致滤波器的功率容量降低。通过减小功能区域之外的面积来减小芯片面积已经愈加困难。

现实中存在进一步有效减小芯片面积的需要。

发明内容

为缓解或解决使用现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种减小体声波谐振器的有效区域的面积的方法，所述谐振器的阻抗值预定且所述谐振器具有由底电极、压电层和顶电极构成的三明治结构，所述方法包括步骤：在所述有效区域对应的压电层中掺杂元素，以减小所述有效区域的面积。

根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种具有预定阻抗值的体声波谐振器，包括由底电极、压电层和顶电极构成的三明治结构，其中：在所述压电层中掺杂有元素；且所述谐振器的有效区域的面积小于参照谐振器的有效区域的面积，所述参照谐振器为与所述谐振器结构相同、具有所述预定阻抗值，以及具有与所述谐振器相同的频率和有效机电耦合系数，且压电层未掺杂元素的谐振器。进一步可选的的，所述谐振器的有效区域的面积不大于所述参照谐振器的有效区域的面积的80％，更进一步的，所述谐振器的有效区域的面积不小于所述参照谐振器的有效区域的面积的15％，进一步的，不小于25％。可选的，所述谐振器的Q值大于1000。