[实用新型]一种薄膜体声波谐振器

说明书

一种薄膜体声波谐振器，涉及薄膜体声波谐振器技术领域。薄膜体声波谐振器包括自上而下依次设置的顶电极、压电层、底电极、支撑层、空腔结构和衬底，空腔结构内设有至少两个支撑膜层以及至少两个空气层。其中，支撑膜层的声阻抗大于空气层的声阻抗，每个空气层与每个支撑膜层自上而下交替叠合，任意相邻的空气层与支撑膜层共同组成布拉格声波反射层。其不仅有效增加空腔结构的机械稳固性，同时有效提升薄膜体声波谐振器的Q值。

技术领域

本申请涉及薄膜体声波谐振器技术领域，具体而言，涉及一种薄膜体声波谐振器。

背景技术

薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)是一种新型声波谐振器件，主要由上下两层金属电极以及夹在中间的压电薄膜构成，其原理是利用压电材料进行电能与机械能相互转化的特性，通过施加高频电压在电极上，在压电材料中激励体声波从而完成谐振。与传统的声表面波滤波器(SAW)和介质滤波器相比，薄膜体声波谐振器具有体积小、功耗低、插入损耗小、可集成于IC芯片上等优点。目前，FBAR已被广泛应用于无线通信领域。

在实际制作FBAR的过程中，需要考虑如何将体声波尽可能限制在压电堆叠结构中，否则声波能量在电极外的泄露或损耗会导致品质因数(Q值)下降，影响整个器件的谐振性能。为了获得高Q值，需要尽可能减少声波的泄露，提高声波的反射率。

目前主流方法主要有两种：其一是通过空气形成自由边界条件，使得声波反射率趋近于1，为了制备空气和电极材料组成的界面，通过牺牲层的工艺，自下而上形成压电堆叠结构，器件成型后，再通过刻蚀出的释放窗口释放牺牲层材料，形成空腔使底电极直接与空气接触，使压电堆叠结构下方形成空气隙实现零声阻抗边界，即空腔型FBAR器件。但是这种空腔型FBAR机械牢固性比较低，且工艺复杂。

另外一种是利用布拉格反射形成的夹持边界条件使得反射系数趋近于1，这种谐振器具有比较可靠的强度、工艺门槛相对较低等优点，依靠交替沉积高、低声阻组成的布拉格反射层作为声波反射层，典型代表是固态装配型体声波滤波器(SMR)。不同于空腔型FBAR使用空气作为声学边界，SMR使用布拉格反射层作为声学边界，但由于构成布拉格反射层的高声阻抗层与低声阻抗层的声阻抗差别不够大，因而Q值一般比空腔型FBAR的Q值要小。

有鉴于此，特此提出本申请。

实用新型内容

本申请提供一种薄膜体声波谐振器，制得的薄膜体声波谐振器既能增加空腔结构的机械稳固性，又能提升谐振器整体的Q值。

根据本申请实施例的薄膜体声波谐振器，其包括自上而下依次设置的顶电极、压电层、底电极、支撑层、空腔结构和衬底，空腔结构内设有至少两个支撑膜层以及至少两个空气层。

其中，支撑膜层的声阻抗大于空气层的声阻抗，每个空气层与每个支撑膜层自上而下交替叠合，任意相邻的空气层与支撑膜层共同组成布拉格声波反射层。

根据本申请实施例的薄膜体声波谐振器，其采用空腔结构作为谐振腔置于压电堆叠结构下方，在空腔结构内设有支撑膜层的方式，有效增加空腔结构的机械稳固性，同时利用支撑膜层和空气层组成布拉格反射层作为声学边界限制声波能量的泄露，声波沿着支撑膜层厚度方向传播，以减少其对声波能量的散射，有效提升薄膜体声波谐振器的Q值；选用空气层作为布拉格反射层的低声阻抗层，这主要是因为空气的声阻抗相比常用的介质材料(如Al、Al₂O₃、SiO₂以及PI等)的声阻抗要低，能获得更大的声阻抗差，对应的布拉格反射层的反射率更大，因而更能减少声波损耗，提升器件的Q值。

另外，根据本申请实施例的薄膜体声波谐振器还具有如下附加的技术特征：

本申请示出的一些实施例中，空气层的厚度为体声波波长的1/4或3/4，支撑膜层的厚度为体声波波长的1/4或3/4。