[发明专利]单晶体声波谐振器、滤波器及电子设备

说明书

本发明涉及体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极；顶电极；和单晶压电层，设置在底电极与顶电极之间，其中：压电层的下表面与基底的上表面之间设置有支撑结构，压电层与基底大体平行布置；底电极和/或顶电极为间隙电极，所述间隙电极具有至少一个空隙层，在所述间隙电极的厚度方向上，所述空隙层与所述间隙电极的顶面与底面均存在距离；且所述支撑结构包括凹部，所述底电极设置在所述凹部中。本发明还涉及一种滤波器以及一种电子设备。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种单晶体声波谐振器，一种具有该谐振器的滤波器，以及一种电子设备。

背景技术

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。

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。

薄膜体声波谐振器的结构主体为由底电极-压电薄膜或压电层-顶电极组成的“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。

传统的薄膜体声波谐振器中，压电层一般采用半导体薄膜沉积工艺(如溅射工艺)沉积在结构化的底电极上，压电薄膜不是平直结构，存在较大的应力；另外，沉积所得的压电薄膜呈多晶型的晶体结构，其中弯折处的晶体结构与平直处存在极大的不同，影响压电薄膜的机电耦合及传热性能的均一性；为了获得性能相对较好的压电薄膜，对底电极的形貌结构提出了非常苛刻的要求，比如电极边缘存在尽可能缓的斜坡，角度通常在10至20°之间，给加工造成了较大的困难；在底电极上制作用于提升谐振器性能的干涉结构(比如翼、桥等)也几乎是不可能的。这些因素限制了传统基于生长压电薄膜工艺的体声波谐振器性能受限。

此外，通信技术的快速发展要求滤波器工作频率不断提高，高工作频率意味着薄膜厚度尤其是电极的薄膜厚度，要进一步减小；然而电极薄膜厚度的减小带来的主要负面效应为电学损耗增加导致的谐振器Q值降低，尤其是串联谐振点及其频率附近处的Q值降低；相应地，高工作频率体声波滤波器的性能也随着体声波谐振器的Q值降低而大幅恶化。

发明内容

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。

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：

基底；

声学镜；

底电极；

顶电极；和

单晶压电层，设置在底电极与顶电极之间，

其中：

压电层的下表面与基底的上表面之间设置有支撑结构，压电层与基底大体平行布置；

底电极和/或顶电极为间隙电极，所述间隙电极具有至少一个空隙层，在所述间隙电极的厚度方向上，所述空隙层与所述间隙电极的顶面与底面均存在距离；且

所述支撑结构包括凹部，所述底电极设置在所述凹部中。

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。

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。