[发明专利]具有反射声子晶体的微型声学设备及制造方法

说明书

一种微型声学设备包括限制结构(CS)，该限制结构适用于阻止声波谐振器(TEL，PL，BEL；ES)的声波在设备的操作频率下的传播，从而将声波限制到声学路径或声学体积。提出使用声子晶体材料来产生限制结构。

技术领域

本发明涉及如SAW设备和BAW设备之类的微型声学设备以及制造方法。具体地，本发明提供一种对这些设备内的声波的更好的限制，从而提高了设备的总品质因数Q。

背景技术

迄今为止，横向能量限制已经通过基于几何的设计完成。在被呈现为SMR设备(牢固安装的谐振器)的BAW设备内，与底层衬底的声学隔离通过布拉格反射镜完成，该布拉格反射镜通过λ四分之一层处的干涉反射声波，其中λ为声波的波长。在被呈现为FBAR设备的BAW设备中，与底层衬底的声学隔离通过布置在膜上的有源谐振器体积与衬底之间的空气填充间隙来提供。

SAW谐振器或传送滤波器使用电短路的反射条网格。在SAW换能器中，总线通过在其边缘处反射波来提供一些横向波限制。此外可以实现横向波导轮廓，该横向波导轮廓设置横向变化的波速，该横向变化的波速将波限制在期望的声学路径上。

已知声学限制结构产生不同问题或需要复杂且昂贵的制造方法。

发明内容

目标是提供微型声学设备，该微型声学设备具有提高的声波限制、减少的损耗并且易于制造。

这些和其他目的通过根据权利要求1所述的微型声学设备和根据权利要求8所述的方法来解决。

其他特征和有利实施例由从属权利要求给出。

一种微型声学设备通常包括衬底、位于衬底的顶部表面上的压电层、以及位于压电层上的用于在操作频率下激发声波的电极结构。在设备内，声波沿着声学路径或在压电层的有效体积内传播。因此，根据本发明的可能微型声学设备可以被呈现为SAW设备和BAW设备以及如GBAW(引导体声波)、TFSAW(薄膜表面声波)或TCSAW(温度补偿表面声波)之类的变型。

根据本发明，一种限制结构被布置在声学路径的横向位置和/或衬底与压电层之间和/或电极结构或压电层的顶部表面上。在限制结构内并且通过该结构，防止声波在操作频率下传播，因此声波被限制到声学路径或声学体积中。限制结构包括声子晶体材料。

具有不同声学特性的材料(声子晶体)的周期性结构提供了可调谐声子带隙，其中禁止声音传播。这个想法是设计并建模声子晶体，使得带隙符合操作频率。由于没有声波可以通过声子晶体，所以它完美地用作反射频率在带隙内的所有入射波的声学反射镜。声子晶体防止频率在声子带隙内的声波独立于波传播方向通过声子晶体材料。这种限制结构被布置在微型声学设备的任一侧，否则模式可能会逃离声学路径或有效体积，从而防止能量泄漏。

带隙的频率位置和带宽可以通过调谐声子晶体的维度、纵横比、晶体结构和材料特性来控制。

顺便提及，这种声子晶体可以用作声学解耦层，从而实现新颖微型声学设计。

用作限制结构的声子晶体材料具有根据周期性网格沿着至少一个维度的图案化结构。网格状图案化结构包括嵌入第二固体材料中的第一固体材料的重复单元，其中第一材料和第二材料在以下各项中的至少一项上不同：材料、密度、弹性模量、声学阻抗、声波速度、刚度、E模量和硬度。

声子晶体材料的带隙可以通过选取重复单元的合适尺寸并且适当选取第一材料和第二材料来建模，使得它们在声学阻抗中充分不同。重复单元以合适的相互距离布置，以实现声子晶体在操作频率下的最大反射。