谐振器、滤波器、电子设备的制作方法

本技术涉及谐振器，涉及一种谐振器、具有谐振器的滤波器，以及包含滤波器或谐振器的电子设备。

背景技术：

1、随着通讯技术的发展，电子设备所需要的谐振器的用量将显著上升。例如，水平电场激励的体声波谐振器(horizontally-excited bulk acoustic resonator，xbar)、竖直电场激励的体声波谐振器(vertically-excited bulk acoustic resonator，ybar)，以及，薄膜腔声谐振器(film bulk acoustic resonator，fbar)等体声波谐振器被广泛关注。

2、其中，ybar具有更大的机电耦合系数和更高效的谐振模态，可以被应用在更大的通带带宽中，比如，可以满足sub-6ghz频段的通带带宽。

3、但是，目前ybar中，在ybar的谐振频率和反谐振频率范围附近出现了许多种不同类型的杂模，这些杂模在很大程度上干扰了主谐振模式，给谐振器和滤波器的性能带来很多问题，例如，这些杂模会使滤波器通带波纹增加，带外抑制性能变差。

技术实现思路

1、本技术提供一种谐振器、具有谐振器的滤波器，以及包含滤波器的电子设备。主要目的提供一种不仅具有较大机电耦合系数，还可以有效抑制寄生杂模的谐振器。

2、为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、一方面，本技术提供了一种谐振器。在一个实施例中，该谐振器可以是声波谐振器，例如是ybar。

4、该谐振器包括衬底、第一电极、压电层和多个第二电极，多个第二电极在第一方向上并排布设，压电层具有第一侧和第二侧，多个第二电极位于第一侧，第一电极和衬底位于第二侧；即就是压电层堆叠在第一电极和第二电极之间，这样是利用第一电极和第二电极之间形成的竖直电场激发压电层产生谐振，例如，形成ybar；另外，本技术的谐振器中，压电层包括压电材料，压电材料的晶体切割角和传播方向是x切、(120°±30°)y传播方向，或者，压电材料的晶体的欧拉角为(90°，90°，120°±30°)，其中，压电材料x方向与压电层的厚度方向为同向，压电材料(120°±30°)y方向与第一方向为同向；或者，压电材料的晶体切割角和传播方向是y切、(90°±30°)x传播方向，或者，压电材料的晶体的欧拉角为(0°，90°，90°±30°)，其中，压电材料y方向与压电层的厚度方向为同向，压电材料(90°±30°)x方向与第一方向为同向。

5、本技术涉及的谐振器中，压电材料的晶体切割角和传播方向可以是x切、(120°±30°)y传播方向，即欧拉角可以为(90°，90°，120°±30°)，或者，晶体切割角和传播方向可以y切、(90°±30°)x传播方向，即欧拉角可以为(0°，90°，90°±30°)。在此种欧拉角限定下，再结合本技术的谐振器结构，可以使得该谐振器拥有较大的机电耦合系数，比如机电耦合系数可以大于40％。

6、以及，在该谐振器结构中，机电耦合系数分量k352＞0.4，可以激励出一阶反对称a1主谐振模态，机电耦合系数分量k352之外的，且数值较大的k212、k222、k232、k242、k252和k262等机电耦合系数分量，激发这些机电耦合系数分量的电场方向为平行于第二电极的延伸方向，而在第二电极上沿第二电极延伸方向电势相同，电场强度为零，因此这些机电耦合系数分量k222、k262、k242、k322引起较小的寄生杂模，从而，优化整个谐振器的使用性能。

7、在一种可以实现的方式中，相邻两个第二电极之间具有第一间隔；压电层与第一间隔相对的位置处具有第一沟槽，第一沟槽与第一间隔贯通。

8、由于在压电层内形成有沟槽，沟槽有助于进一步的抑制或者频移寄生杂模，并增加该谐振器的机电耦合系数。

9、在一种可以实现的方式中，压电层具有位于第二侧的底面和位于第一侧的顶面，第一沟槽贯通底面和顶面。

10、由于沟槽自压电层的顶面贯通至底面，进而，可以进一步的增加机电耦合系数。

11、在一种可以实现的方式中，自顶面至底面，第一沟槽的径向尺寸逐渐增加。

12、比如，第一沟槽的侧面的倾斜角度α满足：45°＜α＜90°；或者，60°＜α＜90°。

13、在一种可以实现的方式中，波谐振器还包括保护层，第二电极的远离压电层的表面、第一间隔的侧面、第一沟槽的侧面和底面均被保护层覆盖。

14、该保护层可以保护谐振器免受腐蚀、划伤、氧化等影响，保护该器件的性能。另外，保护层也可以调整谐振器的谐振频率，还可以调整谐振器的机电耦合系数和温度系数(temperature coefficient of frequency，tcf)。

15、在一种可以实现的方式中，第一电极具有相对的第一面和第二面，第一面相比第二面更加靠近压电层；衬底设有空腔，第一电极的第二面的至少部分用于围设空腔，且第一电极的至少部分设置于空腔与压电层之间。

16、在一种可以实现的方式中，谐振器的机电耦合系数kt2≥20％。

17、这样形成的谐振器可以被称为空腔型悬浮谐振器，在该种结构的谐振器中，由于机电耦合系数分量k352＞0.4，使得该谐振器的机电耦合系数可以达到20％以上。

18、在一种可以实现的方式中，谐振器还包括：第一汇流条和第二汇流条；多个第二电极中每相邻两个第二电极中一个为第一叉指电极，另一个为第二叉指电极，第一叉指电极和第二叉指电极在第一方向上间隔，且第一叉指电极和/或第二叉指电极的延伸方向垂直于第一方向；多个第二电极中的多个第一叉指电极通过第一汇流条连接，多个第二电极中的多个第二叉指电极通过第二汇流条连接；指条间距p与压电层的厚度d满足：p/d≥0.5；每个第一叉指电极的宽度尺寸为s1，每相邻两个第一叉指电极和第二叉指电极之间的间距为s2，指条间距p＝s1+s2，宽度尺寸为平行于衬底的表面且垂直于第一叉指电极延伸方向的尺寸。

19、在空腔型悬浮谐振器中，当指条间距p与压电层的厚度d满足：p/d≥0.5时，可以进一步的增加该谐振器的机电耦合系数。

20、在一种可以实现的方式中，第一电极具有相对的第一面和第二面，第一面相比第二面更加靠近压电层；第一电极设置于衬底与压电层之间，且第一电极的第二面完全设置在衬底上。

21、在一种可以实现的方式中，谐振器的机电耦合系数kt2≥10％。

22、这样形成的谐振器可以被称为固态衬底谐振器，在该种结构的谐振器中，由于机电耦合系数分量k352＞0.4，使得该谐振器的机电耦合系数可以达到10％以上。

23、在一种可以实现的方式中，在固态衬底谐振器中，还包括：谐振器还包括：第一汇流条和第二汇流条；多个第二电极中每相邻两个第二电极中一个为第一叉指电极，另一个为第二叉指电极，第一叉指电极和第二叉指电极在第一方向上间隔，且第一叉指电极和/或第二叉指电极的延伸方向垂直于第一方向；多个第二电极中的多个第一叉指电极通过第一汇流条连接，多个第二电极中的多个第二叉指电极通过第二汇流条连接；指条间距p满足：其中：vs是衬底的剪切体波声速，f是谐振器的工作频率；每个第一叉指电极的宽度尺寸为s1，每相邻两个第一叉指电极和第二叉指电极之间的间距为s2，指条间距p＝s1+s2，宽度尺寸为平行于衬底的表面且垂直于第一叉指电极延伸方向的尺寸。

24、当指条间距p满足：时，可以防止能量从压电层向衬底层泄露，以提升品质因数q值和机电耦合系数。

25、在一种可以实现的方式中，衬底包括碳化硅、氮化硼、金刚石中的至少一种。

26、在一种可以实现的方式中，衬底的厚度尺寸z满足：z≥4d，d为压电层的厚度尺寸，衬底的厚度尺寸和压电层的厚度尺寸均为垂直于衬底表面的方向上的尺寸。

27、这样，可以进一步提升品质因数q值和机电耦合系数

28、在一种可以实现的方式中，在固态衬底谐振器中，还包括堆叠的第一反射层和第二反射层；第一反射层和第二反射层设置在衬底和第一电极之间；其中，第一反射层的厚度t1满足：第二反射层的厚度t2满足：其中，λ1为谐振器在谐振频率下的声波在第一反射层材料中的波长，λ2为该声波在第二反射层材料中的波长。

29、可以将堆叠的第一反射层和第二反射层视为一组，在一些示例中，可以设置三组至十组。

30、在一种可以实现的方式中，衬底和第一电极之间堆叠有介电层，介电层的厚度g满足：g＝λ/4，其中，λ为谐振器在谐振频率下的声波在介电层的材料的波长。

31、通过在衬底和第一电极之间设置介电层，防止压电层和衬底之间耦合，进而，可以增加该器件的机电耦合系数，并且，当介电层的厚度g满足：g＝λ/4，时，还可以进一步的提升机电耦合系数。

32、在一种可以实现的方式中，谐振器还包括：第一汇流条和第二汇流条；多个第二电极中每相邻两个第二电极中一个为第一叉指电极，另一个为第二叉指电极，第一叉指电极和第二叉指电极在第一方向上间隔，且第一叉指电极和/或第二叉指电极的延伸方向垂直于第一方向；多个第二电极中的多个第一叉指电极通过第一汇流条连接，多个第二电极中的多个第二叉指电极通过第二汇流条连接；指条间距p与压电层的厚度d满足：p/d≥1；每个第一叉指电极的宽度尺寸为s1，每相邻两个第一叉指电极和第二叉指电极之间的间距为s2，指条间距p＝s1+s2，宽度尺寸为平行于衬底的表面且垂直于第一叉指电极延伸方向的尺寸。

33、当指条间距p与压电层的厚度d满足：p/d≥1时，可以进一步的增加该谐振器的机电耦合系数，比如，可以使得该谐振器的机电耦合系数达到45％。

34、在一种可以实现的方式中，30≥p/d≥1，或者，20≥p/d≥1，又或者，10≥p/d≥1。

35、在一种可以实现的方式中，谐振器还包括导电连接层；导电连接层堆叠在第一电极和压电层之间。

36、这样，可以增加第一电极和压电层之间的连接强度。避免因为第一电极晶格和压电层晶格不匹配，导致层与层之间黏附性较差，影响器件牢固性。

37、在一种可以实现的方式中，多个第二电极的至少部分第二电极包括第一端部和第二端部，第一端部的厚度尺寸d1，大于第二端部的厚度尺寸d2；且120％≤d1/d2≤300％。

38、当120％≤d1/d2≤300％时，可以抑制横模。

39、在一种可以实现的方式中，多个第二电极的至少部分第二电极包括第一端部和第二端部，第一端部的宽度尺寸h1，大于第二端部的宽度尺寸h2；且100％＜h1/h2≤200％；宽度尺寸为垂直于第二电极延伸方向的尺寸。

40、当100％＜h1/h2≤200％时，同样的，可以抑制横模。

41、在一种可以实现的方式中，谐振器还包括：第一汇流条和第二汇流条；多个第二电极中每相邻两个第二电极中一个为第一叉指电极，另一个为第二叉指电极，第一叉指电极和第二叉指电极在第一方向上间隔，且第一叉指电极和/或第二叉指电极的延伸方向垂直于第一方向；多个第二电极中的多个第一叉指电极通过第一汇流条连接，多个第二电极中的多个第二叉指电极通过第二汇流条连接；第一叉指电极的与第一汇流条连接的端部为指条连接端，另一端为指条尖端，指条尖端与第二汇流条之间具有第二间隔；压电层的与第二间隔相对的位置处具有第二沟槽，第二沟槽与第二间隔贯通。

42、在一种可以实现的方式中，谐振器还包括多个平行布设的栅条，多个栅条的一端通过第一连接条连接，多个栅条的另一端通过第二连接条连接，栅条的延伸方向与第二电极的延伸方向相同；多个第二电极中每相邻两个第二电极中一个为第一叉指电极，另一个为第二叉指电极，第一叉指电极和第二叉指电极在第一方向上间隔，且第一叉指电极和/或第二叉指电极的延伸方向垂直于第一方向；多个第二电极中的多个第一叉指电极通过第一汇流条连接，多个第二电极中的多个第二叉指电极通过第二汇流条连接；相邻两个栅条之间的间距t满足：0.3≤t/p≤0.7；p为指条间距，每个第一叉指电极的宽度尺寸为s1，每相邻两个第一叉指电极和第二叉指电极之间的间距为s2，指条间距p＝s1+s2，宽度尺寸为平行于衬底的表面且垂直于第一叉指电极延伸方向的尺寸。

43、当0.3≤t/p≤0.7时，反射栅可以将向外传播的声能反射回来，将谐振器的能量集中在谐振器的具有第二电极的区域，提升该器件的品质因数q。

44、在一种可以实现的方式中，压电层包括相对的第一侧壁和第二侧壁；第一侧壁和/或第二侧壁为垂直于衬底表面、且平行于第二电极延伸方向的平面。

45、第一侧壁和第二侧壁可以将向外传播的声能反射回来，将谐振器的能量集中在谐振器的具有第二电极的区域，提升该器件的品质因数q。

46、在一种可以实现的方式中，压电层的材料包括铌和锂的组合、钽和锂的组合中的至少一种组合；第一电极的材料包括钨、铂、钼、铝中的至少一种。

47、比如，压电层的材料包括铌酸锂、钽酸锂中的至少一种。

48、在一种可以实现的方式中，机电耦合系数分量k352数值为多个机电耦合系数分量数值中的最大值。

49、比如，机电耦合系数分量k352可以达到0.9253。

50、在一种可以实现的方式中，0.4＜k352，或者，0.4＜k352＜0.95，又或者，0.4＜k352＜0.9253。

51、在一种可以实现的方式中，基于给多个第二电极施加电压，谐振器用于在激励压电材料的机电耦合系数分量k352时产生一阶反对称模态，一阶反对称模态的振动方向平行于衬底的表面且垂直于第二电极的延伸方向。

52、该一阶反对称a1模态为该谐振器的主谐振模态。

53、在一种可以实现的方式中，谐振器用于在激励机电耦合系数分量k352之外的至少部分机电耦合系数分量的电场平行于第二电极的延伸方向；至少部分机电耦合系数分量包括：机电耦合系数分量k212、k222、k232、k242、k252和k262中的至少一种。

54、即就是，由于激励机电耦合系数分量k212、k222、k232、k242、k252和k262的电场沿着第二电极的延伸方向，在该方向上，电场强度基本为零，进而使得这些机电耦合系数分量产生较小的寄生模态。

55、另一方面，本技术还提供了一种谐振器。

56、该谐振器包括第一电极、压电层和多个第二电极，多个第二电极并排布设，压电层具有第一侧和第二侧，多个第二电极位于第一侧，第一电极和衬底位于第二侧；即就是第一电极和第二电极位于压电层相对的两侧，这样是利用竖直电场激发压电层产生谐振，例如，形成ybar；另外，本技术的谐振器中，压电层包括压电材料，压电材料的机电耦合系数分量k352的数值满足：k352＞0.4。

57、本技术给出的谐振器中，压电材料的机电耦合系数分量k352的数值满足：k352＞0.4，如压电材料的欧拉角为(90°，90°，120°±30°)，或者，欧拉角为(0°，90°，90°±30°)，在诸如此类晶向的限定下，可以使得该谐振器的机电耦合系数分量k352达到较大值，使得该谐振器拥有较大的机电耦合系数，比如机电耦合系数可以大于40％。

58、还有，机电耦合系数分量k352之外的，且数值较大的k212、k222、k232、k242、k252和k262等机电耦合系数分量，激发这些机电耦合系数分量的电场方向为平行于第二电极的延伸方向，而在第二电极上沿第二电极延伸方向电势相同，电场强度为零，因此这些机电耦合系数分量k212、k222、k232、k242、k252和k262引起较小的寄生杂模，使得该谐振器在具有较大机电耦合系数的基础上，寄生杂模还被有效抑制。

59、在一种可以实现的方式中，压电材料具有多个机电耦合系数分量，机电耦合系数分量k352的数值为多个机电耦合系数分量数值中的最大值。

60、在一种可以实现的方式中，0.4＜k352，或者，0.4＜k352＜0.95，又或者，0.4＜k352＜0.9253。

61、在一种可以实现的方式中，基于给多个第二电极施加电压，谐振器用于在激励压电材料的机电耦合系数分量k352时产生一阶反对称模态，一阶反对称模态的振动方向平行于衬底的表面且垂直于第二电极的延伸方向。

62、该一阶反对称a1模态为该谐振器的主谐振模态。

63、在一种可以实现的方式中，谐振器用于在激励机电耦合系数分量k352之外的至少部分机电耦合系数分量的电场平行于第二电极的延伸方向；至少部分机电耦合系数分量包括：机电耦合系数分量k212、k222、k232、k242、k252和k262中的至少一种。

64、即就是，由于激励机电耦合系数分量k212、k222、k232、k242、k252和k262的电场沿着第二电极的延伸方向，在该方向上，电场强度基本为零，进而使得这些机电耦合系数分量产生较小的寄生模态。

65、再一方面，本技术还提供一种谐振器的制备方法，该制备方法包括：

66、制得第一电极、压电层和多个第二电极，压电层具有第一侧和第二侧，多个第二电极位于第一侧，第一电极和衬底位于第二侧，且多个第二电极在第一方向上并排布设；

67、其中，压电层的压电材料的晶体切割角和传播方向是x切、(120°±30°)y传播方向，或者，压电材料的晶体的欧拉角为(90°，90°，120°±30°)，该压电材料x方向与压电层的厚度方向为同向，压电材料(120°±30°)y方向与第一方向为同向，或者；

68、压电材料的晶体切割角和传播方向是y切、(90°±30°)x传播方向，或者压电材料的晶体欧拉角为(0°，90°，90°±30°)，该压电材料y方向与压电层的厚度方向为同向，压电材料(90°±30°)x方向与第一方向为同向。

69、利用本技术给出的制备方法制得的谐振器，压电材料的晶体在此种欧拉角限定下，可以使得该谐振器拥有较大的机电耦合系数，比如机电耦合系数可以大于40％。并且，晶体在该欧拉角时，机电耦合系数分量k352之外的，且数值较大的k212、k222、k232、k242、k252和k262等机电耦合系数分量，激发这些机电耦合系数分量的电场方向为平行于第二电极的延伸方向，而在第二电极上沿第二电极延伸方向电势相同，电场强度基本为零，因此这些机电耦合系数分量k212、k222、k232、k242、k252和k262引起较小的寄生杂模，使得该谐振器在具有较大机电耦合系数的基础上，寄生杂模还被有效抑制。

70、在一种可以实现的方式中，制得第一电极、压电层和多个第二电极，包括：在压电层的一侧形成金属层；将包含有压电层和金属层的结构与衬底键合，使得金属层堆叠在压电层和衬底之间，金属层形成第一电极。

71、这样，就可以制得固态衬底谐振器。

72、在一种可以实现的方式中，制得第一电极、压电层和多个第二电极，包括：将压电层与衬底键合；在衬底内开设空腔，且空腔自衬底背面贯通至压电层，衬底的背面为远离第一电极的面；在空腔的底面形成金属层，金属层形成第一电极。

73、这样，就可以制得空腔型悬浮谐振器。

74、在一种可以实现的方式中，制得多个第二电极时，包括：在压电层的一侧设置多个并排布设的第二电极，相邻两个第二电极之间具有第一间隔；在压电层的与第一间隔相对的位置处开设第一沟槽。

75、当压电层内开设沟槽，该沟槽有助于进一步的抑制或者频移寄生杂模，并增加该谐振器的机电耦合系数。

76、在一种可以实现的方式中，在衬底的一侧设置第一电极之前，制备方法还包括：在衬底的一侧设置介电层，再在介电层的远离衬底的一侧设置第一电极，介电层的厚度g满足：g＝λ/4，其中，λ为谐振器在谐振频率下的声波在介电层的材料的波长。

77、这样可以进一步的提升机电耦合系数，优化制得的谐振器的性能。

78、在一种可以实现的方式中，在介电层的远离衬底的一侧设置第一电极之前，制备方法还包括：在介电层的远离衬底一侧设置导电的第一导电连接层，再在第一导电连接层的远离介电层的一侧设置第一电极；在第一电极的远离衬底一侧设置压电层之前，制备方法还包括：在第一电极的远离衬底一侧设置导电的第二导电连接层，再在第二导电连接层的远离第一电极一侧设置压电层。

79、利用导电连接层可以增加膜层之间的连接强度，降低电阻。

80、在一种可以实现的方式中，制备方法还包括：

81、在衬底内形成空腔；

82、在压电层的远离第一电极一侧设置多个第二电极时，制备方法还包括：

83、制备第一汇流条和第二汇流条，多个第二电极中每相邻两个第二电极中一个为第一叉指电极，另一个为第二叉指电极，第一叉指电极和第二叉指电极在第一方向上间隔，且第一叉指电极和/或第二叉指电极的延伸方向垂直于第一方向，多个第一叉指电极通过第一汇流条连接，多个第二叉指电极通过第二汇流条连接；

84、其中，指条间距p与压电层的厚度d满足：p/d≥0.5；

85、每个第一叉指电极的宽度尺寸为s1，每相邻两个第一叉指电极和第二叉指电极之间的间距为s2，指条间距p＝s1+s2，宽度尺寸为平行于衬底的表面且垂直于第一叉指电极延伸方向的尺寸。

86、在一种可以实现的方式中，在压电层的远离第一电极一侧设置多个第二电极时，制备方法还包括：

87、制备第一汇流条和第二汇流条，多个第二电极中每相邻两个第二电极中一个为第一叉指电极，另一个为第二叉指电极，第一叉指电极和第二叉指电极在第一方向上间隔，且第一叉指电极和/或第二叉指电极的延伸方向垂直于第一方向，多个第一叉指电极通过第一汇流条连接，多个第二叉指电极通过第二汇流条连接；

88、其中，指条间距p满足：其中：vs是衬底的剪切体波声速，f是谐振器的工作频率；

89、每个第一叉指电极的宽度尺寸为s1，每相邻两个第一叉指电极和第二叉指电极之间的间距为s2，指条间距p＝s1+s2，宽度尺寸为平行于衬底的表面且垂直于第一叉指电极延伸方向的尺寸。

90、又一方面，本技术还提供一种滤波器，该滤波器可以包括多个电连接的谐振器，多个谐振器中的至少一个谐振器可以为上述涉及的谐振器。

91、由于本技术给出的滤波器中包括了上述实现结构中的谐振器，并且，该谐振器不仅具有较大的机电耦合系数，还可以抑制或者漂移寄生杂模，此种谐振器被应用在滤波器中，可以提升滤波器的带外抑制性能。

92、又一方面，本技术还提供一种双工器，该双工器包括发射通道滤波器和接收通道滤波器，该发射通道滤波器和接收通道滤波器中的至少一个可以采用上述的滤波器进行滤波。

93、又一方面，本技术还提供一种多工器，该多工器包括多个发射通道滤波器和多个接收通道滤波器，其中，多个发射通道滤波器中的至少一个，或者多个接收通道滤波器中的至少一个可以采用本技术实施例涉及的滤波器。

94、又一方面，本技术还提供一种电子设备，该电子设备包括放大器，和上述可实现方式中的滤波器、双工器或者多工器，该滤波器、双工器或者多工器可以与放大器电连接。

95、本技术实施例提供的电子设备包括上述滤波器、双工器或者多工器，因此本技术实施例提供的电子设备与上述技术方案的滤波器、双工器或者多工器能够解决相同的技术问题，并达到相同的预期效果。