[发明专利]基于压电薄膜换能的石英谐振器以及电子设备

说明书

本发明公开了一种基于压电薄膜换能的石英谐振器，包括：基底、声学镜、压电薄膜换能层、石英谐振主体层、第一电极和第二电极，其中，压电薄膜换能层的机电耦合系数大于石英谐振主体层的机电耦合系数。该石英谐振器同时具备高Q值、高机电耦合系数、高频率稳定性、制造较简单等特点。

技术领域

本发明涉及微电子设备领域，具体涉及一种基于压电薄膜换能的石英谐振器以及电子设备。

背景技术

传统基于压电薄膜的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)谐振器通常由压电薄膜层和上下电极组成，其谐振频率较高且制备较简单、机电耦合系数较高，但是由于压电薄膜层频率温度系数差且声损耗较高，这种谐振器的Q值较低且频率稳定性不高。另一方面，传统的石英谐振器具有高Q值和高频率稳定性，但其机电耦合系数较低，且高谐振频率的石英谐振器制备困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种高Q值、高机电耦合系数、高频率稳定性、制造较简单的基于压电薄膜换能的石英谐振器以及电子设备。

本发明第一方面提出一种基于压电薄膜换能的石英谐振器，包括：基底、声学镜、压电薄膜换能层、石英谐振主体层、第一电极和第二电极，其中，所述压电薄膜换能层的机电耦合系数大于石英谐振主体层的机电耦合系数。

可选地，所述第一电极和所述第二电极分别与所述压电薄膜换能层接触。

可选地，所述压电薄膜换能层的材料为氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、铌酸锂、钽酸锂或锆钛酸铅。

可选地，所述压电薄膜换能层的厚度范围为0.01微米至10微米。

可选地，所述石英谐振主体层的厚度为0.1微米至100微米。

可选地，所述基底支撑从下至上依次堆叠的石英谐振主体层、第一电极、压电薄膜换能层和第二电极，所述声学镜为空气腔，所述空气腔位于所述石英谐振主体层下方。

可选地，所述基底的顶部表面具有凹槽，所述基底之上具有从下至上依次堆叠的石英谐振主体层、第一电极、压电薄膜换能层和第二电极，所述凹槽中设有声学镜，所述声学镜为空气腔或者布拉格反射层。

可选地，所述石英谐振主体层的部分区域与所述基底半分离或者整体分离。

可选地，所述第一电极和所述第二电极为平板形状。

可选地，所述基底的顶部表面具有凹槽，所述凹槽中设有声学镜，所述声学镜为空气腔或者布拉格反射层，所述基底之上具有石英谐振主体层，所述石英谐振主体层之上具有压电薄膜换能层，所述压电薄膜换能层之上具有插指形状的第一电极和第二电极。

本发明第二方面提出一种电子设备，该电子设备包括本发明第一方面提出的基于压电薄膜换能的石英谐振器。

根据本发明的技术方案，通过压电薄膜换能层和电极实现电能/电学信号与机械能/机械振动之间的转换，同时通过压电薄膜换能层/电极结构与石英谐振主体层的声学耦合将机械能/机械振动耦合至石英谐振主体层，形成谐振器整体。由于石英材料具有极低的声学损耗，保证谐振器具有高Q值；石英材料具有很低的频率温度系数，保证谐振器具有高频率稳定性；机电耦合通过压电薄膜换能层实现，保证谐振器具有高机电耦合系数；不需要在石英谐振主体层的上下两侧同时制备电极，器件制造工艺较容易。

附图说明

为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：

图1a为本发明第一实施例的基于压电薄膜换能的石英谐振器的俯视图，图1b为沿A-A’线的剖面图；

图2a为本发明第二实施例的基于压电薄膜换能的石英谐振器的俯视图，图2b为沿B-B’线的剖面图；