[发明专利]一种弹性波谐振器及多通带滤波器

说明书

本申请实施例所公开的一种弹性波谐振器及多通带滤波器，弹性波谐振器包括衬底、第一电极层、压电薄膜和第二电极层。其中，压电薄膜包括多个刻蚀区域和多个非刻蚀区域，刻蚀区域的深度与压电薄膜厚度的比值在区间[0.4,1)内，相邻两个刻蚀区域间的中心间距与压电薄膜厚度的比值在区间[0.4,1.25]内，第一电极层设置在衬底上，压电薄膜设置在第一电极层上，第二电极层设置在压电薄膜上，并以第二层电极为掩膜版对压电薄膜进行部分刻蚀。谐振器在较大的频率区间内可以获得多个无杂散模式、大机电耦合系数的谐振。基于本申请实施例通过调整压电薄膜的刻蚀尺寸和刻蚀深度，可以改变谐振频率和机电耦合系数，可搭建多通带滤波器。

技术领域

本发明涉及微电子器件领域，尤其涉及一种弹性波谐振器及多通带滤波器。

背景技术

随着移动通信技术的不断发展，5G时代所使用的电磁波频段将继续朝向着高频、大带宽发展。射频声学滤波器具有高带外抑制，低插入损耗、小器件尺寸以及低制造成本等优势，被认为是目前Sub-6GHz移动射频前端的最佳器件，主要包括表面声波滤波器SAW和体波滤波器BAW。滤波器是由多个谐振器基于拓扑结构级联、桥接或耦合构成的，其中，级联是最为常用的方式，例如梯形滤波器。

成熟的5G技术将新增50个以上的通信频段，届时全球2G/3G/4G/5G共计能够支持91个频段。在通常情况下，每个滤波器具有特定的通带频率响应特性。为支撑更多的频段，可以将多个滤波器并联获取单个滤波器的特性相加的多通道综合特性，然而，将多个滤波器并联会增加滤波器的数量，不利于射频前端的微型化与集成化。另一种更佳的方法是利用多模式谐振器通过级联、桥联等方式得到多通带滤波器，与前一种方法相比，大大减少了滤波器的数量，降低了滤波器的尺寸。

声学谐振器的机电耦合系数与压电材料的压电系数绝对值呈正相关，SAW谐振器的机电耦合系数主要与压电系数|e_1i|(i＝1,5,6)相关。由于压电材料的各向异性，在一个固定传播方向上各压电系数绝对值均为较大数值，因此难以在各个声波模式均得到较大的机电耦合系数。体波滤波器BAW通常使用氮化铝AlN作为压电材料，由于其压电系数较小，难以实现超过10％的机电耦合系数，无法满足5G时代大带宽的要求。

发明内容

本申请实施例了提供一种弹性波谐振器及多通带滤波器，弹性波谐振器在较大的频率区间内可以获得多个无杂散模式、大机电耦合系数的谐振。弹性波谐振器的谐振频率和机电耦合系数可通过光刻尺寸和刻蚀深度改变，可形成多通带滤波器。

本申请实施例提供了一种弹性波谐振器，该弹性波谐振器包括：衬底、第一电极层、压电薄膜和第二电极层；

压电薄膜包括多个刻蚀区域和多个非刻蚀区域，刻蚀区域的深度与非刻蚀区域的深度的比值在区间[0.4,1)内，相邻两个刻蚀区域间的中心间距与非刻蚀区域的深度的比值在区间[0.4,1.25]内；

第一电极层设置在衬底上；

压电薄膜设置在第一电极层上；

第二电极层设置在压电薄膜的非刻蚀区域上。

进一步地，第一电极层的材料为铝、钨、铬、钛、铜、银、钼、金中至少一种。

进一步地，第二电极层的材料为镍、钨、铬、钛、铝中至少一种。

进一步地，压电薄膜的材料为铌酸锂或钽酸锂。

进一步地，压电薄膜的切型为X切型。

进一步地，衬底的材料包括但不限于金刚石、碳化硅中的任意一种。

进一步地，弹性波谐振器为二维振动模式；

弹性波谐振器在X方向的特征尺寸为亚波长状态，弹性波谐振器在Z方向的特征尺寸为亚波长状态。