[发明专利]一种SAW-BAW混合谐振器

说明书

本发明公开了一种SAW‑BAW混合谐振器，包括依次排列的第一电极层、第一压电薄膜层、第二压电薄膜层、第二电极层以及衬底层；第一电极层与第一压电薄膜层在衬底层上的正投影重合，第二压电薄膜层与第二电极层在衬底层上的正投影重合；第一电极层与第一压电薄膜层组成的整体周期性且等间隔的布置在第二压电薄膜层上；第二压电薄膜层的压电耦合常数比第一压电薄膜层的更低且其声阻抗比第一压电薄膜层的更高。本发明的SAW‑BAW混合谐振器，利用西沙瓦波模式，可以兼具高频、高K²和高Q值等优良特性；不仅能有效抑制瑞利波和体波引起的杂波响应，且结构简单、降低了器件的制作难度和生产成本，极具应用前景。

技术领域

本发明属于压电微声器件技术领域，涉及一种SAW-BAW混合谐振器(声表面波和体声波微声混合器件)，特别涉及适用于移动通讯射频前端高频宽带微声滤波器的SAW-BAW混合谐振器。

背景技术

随着移动通信系统的快速发展，压电微声器件作为滤波器的核心元件已经广泛应用于移动通讯设备中。为使当前的智能终端设备能够工作在不同国家，需要支持超过40多个频段的移动通信标准(UMTS、HSPA、LTE等)。尤其是第五代移动通信技术(5th-Generation，5G)时代的到来，推动终端射频系统的全面升级，基于基站天线通道数量的成倍增长，为添加新频段的通信功能，滤波器的需求量也大幅增加。这对移动通信射频前段用滤波器提出了更严格的要求，具体来讲，为实现高频、大带宽的应用，用于滤波器的声波谐振器应该具有更高的工作频率和更大的机电耦合系数。

目前，声表面波(SAW：Surface Acoustic Wave)器件和体声波(BAW：BulkAcoustic Wave)器件凭借其优良的频率选择性、高品质因数(Q值)、低插入损耗等优势成为移动射频前端滤波器的主流选择。SAW器件制备工艺简单、成本低，其压电基底常用的材料主要是铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)和二氧化硅SiO₂，但由于这些材料的声速较低，SAW滤波器不适合2.5GHz以上的工作频率，另外频率越高IDT电极之间间距越小，很小的间距(高频率)下电流密度太大(高功率)会导致电迁移。相较于SAW器件，BAW器件的声波在压电薄膜体内传播，更适合于高频率，理论上可以满足20GHz以内的通讯要求，其尺寸也随着频率增加而减少。另外，BAW滤波器的Q值高，插入损耗小，带外衰减大等优点。因此，BAW器件在高频应用中更具优势。但是由于其所需的制造工艺步骤是SAW的10倍，BAW器件的制造成本比SAW器件高。SAW/BAW器件各有优势，而开发一种能够兼具SAW-BAW两者优势的器件极具应用前景。

文献“Dual-Mode Hybrid Quasi-SAW/BAW Resonators With High EffectiveCoupling Coefficient(2020IEEE Transactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,andFrequency Control)”中公开了一种基于Mo/ScAlN/Mo/6H-SiC结构的SAW/BAW混合谐振器，其具有大机电耦合系数(K²～14.55％)和高声速(V～7500m/s以上)，这使得这种SAW/BAW混合谐振器在宽带和高频应用中具有很大的潜力。但由于器件的Q值，另外所使用高声速衬底6H-SiC，其制备成本高且难以大尺寸制造，因此限制了它们在工业应用中的批量生产。同时也可看出，SAW/BAW混合器件兼具高频和高机电耦合系数的优良特性，具有良好的应用前景。

因此，开发一种成本低廉且性能优异(Q值)的SAW-BAW混合谐振器极具现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的SAW/BAW混合谐振器成本过高的缺陷，提供一种成本低廉且性能优异(高频、高声速、高Q值)的SAW-BAW混合谐振器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：