声表面波谐振器、其制备方法、滤波器及电子设备与流程

本技术涉及滤波器，尤其涉及一种声表面波谐振器、其制备方法、滤波器及电子设备。

背景技术：

1、声表面波(surface acoustic wave，saw)谐振器是利用压电效应实现电-声-电换能的器件，具有结构尺寸小等优点。通过saw谐振器的串并联可以实现具有低插损、高矩形系数的射频滤波器。saw谐振器的性能通过品质因数(quality factor，q)体现。目前，在现有saw谐振器的结构中，反谐振频率处的杂散，导致能量向基底泄露，造成反谐振频率附近q值的部分下降，会影响滤波器带内平坦度，进而影响谐振器性能。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种声表面波谐振器、其制备方法、滤波器及电子设备，用以增加滤波器带内平坦度，以提高谐振器性能。

2、为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、本技术实施例的第一方面，提供一种声表面波谐振器，可以包括压电层、叉指换能器(interdigital transducer，idt)和金属层。其中，压电层用于传播saw，压电层的材料可以选用lt、ln、aln、pzt、zno等的压电材料，且压电层可以为单层结构或多层结构。叉指换能器位于压电层表面之上，叉指换能器的材料可以选用ti、al、cu、cr、au、pt、ag、pd、ni的金属或合金、或者叉指换能器可以由金属和/或合金的层叠体构成。叉指换能器具体包括：第一汇流条(busbar)、第二汇流条、与第一汇流条连接的多个第一电极条、以及与第二汇流条连接的多个第二电极条。第一汇流条和第二汇流条沿着第一方向布置，多个第一电极条和多个第二电极条沿着第二方向布置，第二方向垂直于第一方向，且第一方向和第二方向平行于压电层的表面。多个第一电极条和多个第二电极条在第一方向上交替排布，且多个第一电极条与第二汇流条之间具有一定的间距，多个第二电极条与第一汇流条之间具有一定的间距，且两个间距可以相同。第一汇流条和第二汇流条分别用于将电信号路由到连接的多条第一电极条和多条第二电极条，多个第一电极条和多个第二电极条用于将电信号耦合到在压电层中传播的saw。金属层位于第一汇流条表面和第二汇流条表面之上，且与第一汇流条和第二汇流条电连接，金属层增加了第一汇流条和第二汇流条的厚度。由于saw会在第一汇流条和第二汇流条之间来回反射形成驻波，驻波的振动会消耗能量，这部分能量没有被主谐振频率所利用，即产生的驻波可以认为是反谐振频率附近的杂散，增加的金属层可以破坏掉驻波起振的条件，使得驻波无法起振。因此，在不影响主模的情况下，金属层可以抑制第一汇流条和第二汇流条之间起振产生的杂膜，即通过金属层可以散射掉反谐振频率附近的杂散，从而达到杂散抑制的效果，改善了反谐振频率附近的q值，增加了滤波器带内平坦度，提高了saw谐振器的性能。

4、在本技术实施例中，为保证金属层可以有效散射掉反谐振频率附近的杂散，金属层一般需要覆盖第一汇流条和第二汇流条，且暴露多个第一电极条和多个第二电极条。即金属层在压电层的正投影需要大于或等于第一汇流条和第二汇流条在压电层的正投影，且与多个第一电极条和多个第二电极条的正投影互不交叠。

5、在本技术实施例中，为了便于制作，金属层在压电层上的正投影可以与第一汇流条和第二汇流条在压电层上的正投影重合。

6、在本技术实施例中，金属层的材质与叉指换能器的材质可以相同，也可以不同，在此不做限定。叉指换能器的材料可以选用ti、al、cu、cr、au、pt、ag、pd、ni的金属或合金、或者叉指换能器可以由金属和/或合金的层叠体构成。

7、在本技术实施例中，为了便于制作，金属层位于第一汇流条表面的第一部分和位于第二汇流条表面上的第二部分一般厚度相同。

8、在本技术实施例中，金属层的厚度可以为0.5μm-4μm，例如金属层的厚度可以为0.5μm、1μm、1.5μm、2μm……等，在此不做穷举。

9、由于在本实施例的saw谐振器中主模可以被很好地限制在idt区域，金属层的添加不会对主模产生影响；而对于反谐振频率处的杂散，由于其谐振处在idt之外，并且产生了向基底的能量泄露，添加金属层会将其能量散射掉，因此添加适当高度的金属层可以有效减小反谐振频率处杂散对器件性能的影响。当金属层的高度在2μm～3μm区间时，反谐振频率处的杂散可以被较好的抑制。

10、本技术实施例可以适用于超高性能(incredible high-performance，i.h.p.)saw谐振器和温度补偿(temperature compensation，tc)saw谐振器。以下分别以i.h.p.saw谐振器与tc saw谐振器作为两个具体实施例展开叙述。

11、实施例一：采用i.h.p.saw谐振器的结构。

12、在本实施例中，i.h.p.saw谐振器具体可以包括：硅基衬底，位于硅基衬底表面上的第一温度补偿层，位于第一温度补偿层表面上的压电层，位于压电层表面上的叉指换能器，位于叉指换能器的第一汇流条表面和第二汇流条表面上的金属层。

13、在本实施例中，第一温度补偿层可以选用具有正频率温度系数的材料，例如可以采用二氧化硅、二氧化碲、氟氧化硅中任意一种或多种的组合。

14、在本实施例中，i.h.p.saw谐振器还可以采用双汇流条(double busbar)的电极结构，双汇流条可以抑制saw谐振器的横向能量泄露，进一步提升saw谐振器的q值，但由于两个汇流条之间的电极周期与叉指换能器中的插指电极周期不同，会引起新的杂散，导致能量向基底泄露，造成反谐振频率附近q值的部分下降，进而影响saw滤波器的带内平坦度。具体地，具有双汇流条的叉指换能器可以包括：沿着第一方向布置的第三汇流条和第四汇流条，第三汇流条连接于第一汇流条和多个第一电极条之间，第四汇流条连接于第二汇流条和多个第二电极条之间。第三汇流条和第四汇流条的宽度可以分别小于第一汇流条和第二汇流条的宽度，且第三汇流条和第四汇流条的宽度可以相同，第一汇流条和第二汇流条的宽度可以相同。第一汇流条与第三汇流条之间的间距可以等于第二汇流条和第四汇流条之间的间距，多个第一电极条与第四汇流条之间具有一定的间距，多个第二电极条与第三汇流条之间具有一定的间距，且两个间距可以相同。金属层仅覆盖第一汇流条和第二汇流条，并且金属层会暴露第三汇流条和第四汇流条，金属层可以散射掉由于两个汇流条之间的电极周期与叉指换能器中的插指电极周期不同引起的杂散，从而达到杂散抑制的效果，改善了反谐振频率附近的q值，增加了滤波器带内平坦度，提高了saw谐振器的性能。

15、在本实施例中，叉指换能器中还可以添加假指结构(dummy)，假指结构可以抑制在汇流条与电极条之间间隙处产生的横向寄生谐振。具体地，具有假指结构的叉指换能器还可以包括：与第三汇流条连接的多个第一假指电极、以及与第四汇流条连接的多个第二假指电极。在第一方向上，多个第一电极条和多个第一假指电极交替排布，多个第二电极条和多个第二假指电极交替排布。在第二方向上，第一电极条与第二假指电极之间具有一定的间距，第二电极条与第一假指电极之间具有一定的间距，且两个间距可以相同。第一假指电极和第二电极条的宽度可以相同，也可以不同；第二假指电极和第一电极条的宽度可以相同，也可以不同。

16、在本实施例中，叉指换能器中还可以添加活塞型横向模抑制结构(piston mode)，piston mode能够抑制高阶模态下的横向寄生谐振，改善或消除插入损耗问题。具体地，具有piston mode的叉指换能器还可以包括活塞部，活塞部一般设置在多个第一电极条的端部和多个第二电极条的端部。

17、在本实施例中，活塞部还可以设置在多个第二电极条与多个第一电极条的端部齐平的部分，以及多个第一电极条与多个第二电极条的端部齐平的部分。

18、实施例二：采用tc saw谐振器的结构。

19、在本实施例中，tc saw谐振器具体可以包括：压电层，位于压电层表面的叉指换能器，位于叉指换能器表面和暴露的压电层表面上的第二温度补偿层，以及位于叉指换能器的第一汇流条表面和第二汇流条表面上的金属层；其中，第二温度补偿层需要暴露第一汇流条、第二汇流条和金属层。由于tc saw谐振器采用瑞丽波(rayleigh wave)模态，这个结构无需采用dummy电极，利用电极条与汇流条之间较长的空隙区域(gap)就可以实现较好的横向能量限制。然而，在gap区域的电极周期与idt电极周期不一样，反谐振频率处的杂散和能量损耗同样会出现在tc saw谐振器的结构中，而影响谐振器的性能。在tc saw谐振器中增加金属层后，金属层可以散射掉反谐振频率处的杂散，从而达到杂散抑制的效果，改善了反谐振频率附近的q值，增加了滤波器带内平坦度，提高了saw谐振器的性能。

20、在本实施例中，第二温度补偿层可以选用具有正频率温度系数的材料，可采用二氧化硅、二氧化碲、氟氧化硅中任意一种或多种的组合，并涂覆于叉指换能器上，通过涂覆第二温度补偿层，能够使声耦合滤波器(crf)的频率温度系数(tcf)更接近于零。但此时第二温度补偿层会产生强烈的杂散响应，因此可以通过增设一对悬浮金属条，用以抑制带内纹波、提高器件的性能。具体地，一对悬浮金属条位于第二温度补偿层表面之上，其中，在多个第一电极条的端部正上方设置一条悬浮金属条，在多个第二电极条的端部正上方设置另一条悬浮金属条。

21、本技术实施例的第二方面，提供另一种声表面波谐振器，可以包括：压电层，位于压电层表面上的叉指换能器，以及位于叉指换能器表面上且覆盖叉指换能器的钝化层。其中，压电层用于传播saw，压电层的材料可以选用lt、ln、aln、pzt、zno等的压电材料，且压电层可以为单层结构或多层结构。叉指换能器的材料可以选用ti、al、cu、cr、au、pt、ag、pd、ni的金属或合金、或者叉指换能器可以由金属和/或合金的层叠体构成。叉指换能器具体可以包括：第一汇流条、第二汇流条、与第一汇流条连接的多个第一电极条、以及与第二汇流条连接的多个第二电极条。第一汇流条和第二汇流条沿着第一方向布置，多个第一电极条和多个第二电极条沿着第二方向布置，第二方向垂直于第一方向，且第一方向和第二方向平行于压电层的表面。多个第一电极条和多个第二电极条在第一方向上交替排布，且多个第一电极条与第二汇流条之间具有一定的间距，多个第二电极条与第一汇流条之间具有一定的间距，且两个间距可以相同。第一汇流条和第二汇流条分别用于将电信号路由到连接的多条第一电极条和多条第二电极条，多个第一电极条和多个第二电极条用于将电信号耦合到在压电层中传播的saw。由于saw会在第一汇流条和第二汇流条之间来回反射形成驻波，驻波的振动会消耗能量，这部分能量没有被主谐振频率所利用，即产生的驻波可以认为是反谐振频率附近的杂散，增加的钝化层可以将杂散移出通带内，减小杂散对带内平坦度及q值的影响。因此，在不影响主模的情况下，钝化层可以移出第一汇流条和第二汇流条之间起振产生的杂膜，从而改善了反谐振频率附近的q值，增加了滤波器带内平坦度，提高了saw谐振器的性能。

22、在本技术实施例中，钝化层的材质可以选用sin、sic或aln、或者钝化层可以由上述材料的层叠体构成。

23、在本技术实施例中，为了具有较好的杂散移出效果，钝化层在不同位置的厚度可以相同，钝化层的厚度一般不大于60nm，例如钝化层的厚度可以为20nm、40nm、60nm……等，在此不做穷举。

24、针对不同厚度钝化层进行三维周期性模拟仿真得到如下结果：钝化层的厚度对主谐振频率影响明显，其工作频率随钝化层的厚度增加而下降；而原反谐振频率附近的杂散频率对钝化层的厚度并不敏感。因此，通过调节钝化层的厚度，可以将该杂散移出通带，减小该杂散对带内平坦度及q值的影响。根据钝化层的厚度分别为0nm和20nm的实物加工得到的测试数据，可以进一步说明钝化层对调节该杂散位置的有效性。

25、本技术实施例同样可以适用于i.h.p.saw谐振器和tc saw谐振器。以下分别以i.h.p.saw谐振器与tc saw谐振器作为两个具体实施例展开叙述。

26、实施例三：采用i.h.p.saw谐振器的结构。

27、在本实施例中，i.h.p.saw谐振器具体可以包括：硅基衬底，位于硅基衬底表面上的第一温度补偿层，位于第一温度补偿层表面上的压电层，位于压电层表面上的叉指换能器，位于叉指换能器和压电层被叉指换能器暴露出的表面上的钝化层，钝化层覆盖叉指换能器，同时起到保护电极条的作用。

28、在本实施例中，第一温度补偿层可以选用具有正频率温度系数的材料，例如可以采用二氧化硅、二氧化碲、氟氧化硅中任意一种或多种的组合。

29、与实施例一类似，在本实施例中，i.h.p.saw谐振器还可以采用双汇流条(doublebusbar)的电极结构，双汇流条可以抑制saw谐振器的横向能量泄露，进一步提升saw谐振器的q值，但由于两个汇流条之间的电极周期与叉指换能器中的插指电极周期不同，会引起新的杂散，导致能量向基底泄露，造成反谐振频率附近q值的部分下降，进而影响saw滤波器的带内平坦度。具体地，具有双汇流条的叉指换能器可以包括：沿着第一方向布置的第三汇流条和第四汇流条，第三汇流条连接于第一汇流条和多个第一电极条之间，第四汇流条连接于第二汇流条和多个第二电极条之间。第三汇流条和第四汇流条的宽度可以分别小于第一汇流条和第二汇流条的宽度，且第三汇流条和第四汇流条的宽度可以相同，第一汇流条和第二汇流条的宽度可以相同。第一汇流条与第三汇流条之间的间距可以等于第二汇流条和第四汇流条之间的间距，多个第一电极条与第四汇流条之间具有一定的间距，多个第二电极条与第三汇流条之间具有一定的间距，且两个间距可以相同。钝化层会覆盖第三汇流条和第四汇流条，钝化层可以移出由于两个汇流条之间的电极周期与叉指换能器中的插指电极周期不同引起的杂散，从而改善了反谐振频率附近的q值，增加了滤波器带内平坦度，提高了saw谐振器的性能。

30、与实施例一类似，在本实施例中，叉指换能器中还可以添加假指结构(dummy)，假指结构可以抑制在汇流条与电极条之间间隙处产生的横向寄生谐振。具体地，具有假指结构的叉指换能器还可以包括：与第三汇流条连接的多个第一假指电极、以及与第四汇流条连接的多个第二假指电极。在第一方向上，多个第一电极条和多个第一假指电极交替排布，多个第二电极条和多个第二假指电极交替排布。在第二方向上，第一电极条与第二假指电极之间具有一定的间距，第二电极条与第一假指电极之间具有一定的间距，且两个间距可以相同。第一假指电极和第二电极条的宽度可以相同，也可以不同；第二假指电极和第一电极条的宽度可以相同，也可以不同。

31、与实施例一类似，在本实施例中，叉指换能器中还可以添加活塞型横向模抑制结构(piston mode)，piston mode能够抑制高阶模态下的横向寄生谐振，改善或消除插入损耗问题。具体地，具有piston mode的叉指换能器还可以包括活塞部，活塞部一般设置在多个第一电极条的端部和多个第二电极条的端部。

32、与实施例一类似，在本实施例中，活塞部还可以设置在多个第二电极条与多个第一电极条的端部齐平的部分，以及多个第一电极条与多个第二电极条的端部齐平的部分。

33、实施例四：采用tc saw谐振器的结构。

34、在本实施例中，tc saw谐振器具体可以包括：压电层，位于压电层表面的叉指换能器，位于叉指换能器表面和暴露的压电层表面上的第二温度补偿层，位于第二温度补偿层表面上的两个悬浮金属条，以及位于两个悬浮金属条和暴露的第二温度补偿层表面上的钝化层。其中，多个第一电极条的端部正上方设置一条悬浮金属条，多个第二电极条的端部正上方设置另一条悬浮金属条。钝化层会覆盖两个悬浮金属条和暴露的第二温度补偿层，第二温度补偿层会覆盖叉指换能器的全部结构。由于tc saw谐振器采用瑞丽波(rayleighwave)模态，这个结构无需采用dummy电极，利用电极条与汇流条之间较长的空隙区域(gap)就可以实现较好的横向能量限制。然而，在gap区域的电极周期与idt电极周期不一样，反谐振频率处的杂散和能量损耗同样会出现在tc saw谐振器的结构中，而影响谐振器的性能。在tc saw谐振器中增加钝化层后，钝化层可以移出反谐振频率处的杂散，从而改善了反谐振频率附近的q值，增加了滤波器带内平坦度，提高了saw谐振器的性能。

35、在本实施例中，第二温度补偿层可以选用具有正频率温度系数的材料，可采用二氧化硅、二氧化碲、氟氧化硅中任意一种或多种的组合，并涂覆于叉指换能器上，通过涂覆第二温度补偿层，能够使声耦合滤波器(crf)的频率温度系数(tcf)更接近于零。但此时第二温度补偿层会产生强烈的杂散响应，因此可以通过增设一对悬浮金属条，用以抑制带内纹波、提高器件的性能。

36、本技术实施例的第三方面，提供一种声表面波谐振器的制备方法，具体包括：首先，提供一压电层；之后，在压电层上形成叉指换能器；最后，在第一汇流条表面和第二汇流条表面形成的金属层；或，在叉指换能器表面形成覆盖叉指换能器的钝化层。

37、针对实施例一提供的声表面波谐振器在制备时，可以采用如下步骤实现：

38、首先，提供一硅基衬底；之后，在硅基衬底上形成第一温度补偿层；接着，在第一温度补偿层上形成压电层；然后，在压电层上形成叉指换能器；最后，形成覆盖第一汇流条和第二汇流条的金属层。

39、针对实施例二提供的声表面波谐振器在制备时，可以采用如下步骤实现：

40、首先，提供一压电层；之后，在压电层上形成叉指换能器；接着，形成覆盖叉指换能器和压电层的第二温度补偿层；然后，在第二温度补偿层上形成两个悬浮金属条；最后，形成覆盖第一汇流条和第二汇流条的金属层。

41、针对实施例三提供的声表面波谐振器在制备时，可以采用如下步骤实现：

42、首先，提供一硅基衬底；之后，在硅基衬底上形成第一温度补偿层；接着，在第一温度补偿层上形成压电层；然后，在压电层上形成叉指换能器；最后，形成覆盖叉指换能器和压电层的钝化层。

43、针对实施例四提供的声表面波谐振器在制备时，可以采用如下步骤实现：

44、首先，提供一压电层；之后，在压电层上形成叉指换能器；接着，形成覆盖叉指换能器和压电层的第二温度补偿层；然后，在第二温度补偿层上形成两个悬浮金属条；最后，形成覆盖两个悬浮金属条和第二温度补偿层的钝化层。

45、本技术实施例的第四方面，提供一种滤波器，可以包括多个第一方面或第二方面中任一可能设计提供的声表面波谐振器，这些声表面波谐振器之间可以是串联和/或并联关系。滤波器还可以包括输入端子和输出端子等其他部件，在此不做限定。

46、本技术实施例的第五方面，提供一种电子设备，可以包括收发器以及与收发器耦合的第四方面提供的上述滤波器。电子设备还可以包括其他部件，在此不做限定。

47、应当理解，电子设备可以具体为智能手机、电脑、智能手表等终端设备。将终端设备以智能手机进行示例，其具体可以包括处理器、存储器、控制电路、天线以及输入输出装置。处理器主要用于对通信协议以及通信数据进行处理，以及对整个智能手机进行控制，执行软件程序，处理软件程序的数据，例如用于支持智能手机执行上述方法实施例中所描述的动作。存储器主要用于存储软件程序和数据。控制电路主要用于基带信号与射频信号的转换以及对射频信号的处理，控制电路则包括有上述滤波器。控制电路和天线一起也可以叫做收发器，主要用于收发电磁波形式的射频信号。输入输出装置，例如触摸屏、显示屏，键盘等主要用于接收用户输入的数据以及对用户输出数据。

48、当上述智能手机开机后，处理器可以读取存储器的软件程序，解释并执行软件程序的指令，处理软件程序的数据。当需要通过无线发送数据时，处理器对待发送的数据进行基带处理后，输出基带信号至射频电路，射频电路将基带信号进行射频处理后将射频信号通过天线以电磁波的形式向外发送。当有数据发送到智能手机时，射频电路通过天线接收到射频信号，将射频信号转换为基带信号，并将基带信号输出至处理器，处理器将基带信号转换为数据并对该数据进行处理。

49、上述第二方面至第五方面可以达到的技术效果可以参照上述第一方面和第二方面中任一可能设计可以达到的技术效果说明，这里不再重复赘述。