一种体声波谐振器及滤波器的制作方法

本申请涉及半导体器件，具体而言，涉及一种体声波谐振器及滤波器。

背景技术：

1、利用压电薄膜在厚度方向的纵向谐振所制成的体声波谐振器，目前已经在高速串行数据应用等多个方面成为声表面波器件和石英晶体谐振器的替代。射频前端滤波器/双工器提供优越的滤波特性，例如低插入损耗、陡峭的过渡带、较大的功率容量、较强的抗静电放电能力等，作为构成滤波器/双工器的体声波谐振器，具有超低频率温度漂移，相位噪声低，功耗低且带宽调制范围大的优点。除此之外，这些微型体声波谐振器在硅衬底上使用互补式金属氧化物半导体兼容的加工工艺，这样可以降低单位成本，并有利于最终与电路集成。体声波谐振器包括一个声反射结构和两个电极，以及位于两个电极之间的被称作压电激励的压电层。有时也将两个电极称为激励电极，其作用是引起谐振器各层的机械振荡。

2、q值是谐振器储存的总能量与谐振器通过各种途径损耗的能量的比值。体声波谐振器q值的提升有助于提高滤波器的通带插入损耗及滚降，保证体声波滤波器性能。提升超高频谐振器的品质因子需要尽可能反射谐振器中激发的横向剪切模态声波，现有的技术中大多是通过修改谐振器电极的形貌或者厚度分布来改变有源区边界的声阻抗以反射横向剪切波。但是，对q值的提升有限，使得体声波谐振器的q不够高。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种体声波谐振器及滤波器，能够有效的反射传播到有效谐振区域边界的横向剪切波，提高体声波谐振器的q值。

2、本申请的实施例一方面提供了一种体声波谐振器，包括衬底以及依次设置于衬底上的底电极、压电层和顶电极，衬底的上表面内凹以在底电极和压电层之间形成空腔，空腔、底电极、压电层以及顶电极沿层级方向投影重合的区域为有效谐振区域，顶电极在有效谐振区域的边缘抬升形成声反射结构，压电层的上表面在有效谐振区域的边缘内凹形成环形凹槽。

3、作为一种可实施的方式，声反射结构包括与有效谐振区域边缘的顶电极连接的连接部以及与连接部连接的翼部，翼部呈环状且与压电层平行。

4、作为一种可实施的方式，翼部包括下沉子部，下沉子部所在的平面低于翼部所在的平面。

5、作为一种可实施的方式，下沉子部在衬底上的投影与环形凹槽在衬底上的投影重叠。

6、作为一种可实施的方式，翼部沿着层级方向来回弯折与空气形成声子晶体结构。

7、作为一种可实施的方式，环形凹槽包括多个，多个环形凹槽沿由有效谐振区域向外的方向排列。

8、作为一种可实施的方式，翼部弯折的下表面在衬底上的投影与多个环形凹槽的底壁在衬底上的投影重合。

9、作为一种可实施的方式，沿着有效谐振区域向外的方向，多个环形凹槽的深度逐渐增加。

10、作为一种可实施的方式，多个环形凹槽内填充有声反射材料以使声反射材料与压电层材料形成声子晶体结构。

11、本申请的实施例另一方面提供了一种滤波器，包括上述体声波谐振器。

12、本申请实施例的有益效果包括：

13、本申请提供的体声波谐振器，包括衬底以及依次设置于衬底上的底电极、压电层和顶电极，衬底的上表面内凹以在底电极和压电层之间形成空腔，空腔、底电极、压电层以及顶电极沿层级方向投影重合的区域为有效谐振区域，体声波谐振器在工作时，底电极和顶电极分别连接信号源的两端，在压电层的两侧产生电压差，压电层采用压电材料制备而成，根据压电材料的逆压电效应，在压电层内产生声波，其中，声波中存在横向剪切波，横向剪切波沿着压电层所在的平面传播。顶电极在有效谐振区域的边缘抬升形成声反射结构，压电层的上表面在有效谐振区域的边缘内凹形成环形凹槽，当横向剪切波传递至有效谐振区域边缘时，由于声反射结构和环形凹槽的存在，环形凹槽内填充有空气，空气与压电层具有不同的声阻抗，从而能够反射传播至此处的声波，声反射结构也能够反射传播至此处的声波，即声反射结构和环形凹槽均能够有效的反射传播至有效谐振区域边缘的横向剪切波，从而降低能量由有效谐振区域边缘泄露，提高体声波谐振器的q值。

技术特征：

1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括衬底以及依次设置于所述衬底上的底电极、压电层和顶电极，所述衬底的上表面内凹以在所述底电极和所述压电层之间形成空腔，所述空腔、所述底电极、所述压电层以及所述顶电极沿层级方向投影重合的区域为有效谐振区域，所述顶电极在所述有效谐振区域的边缘抬升形成声反射结构，所述压电层的上表面在所述有效谐振区域的边缘内凹形成环形凹槽。

2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述声反射结构包括与所述有效谐振区域边缘的顶电极连接的连接部以及与所述连接部连接的翼部，所述翼部呈环状且与所述压电层平行。

3.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述翼部包括下沉子部，所述下沉子部所在的平面低于所述翼部所在的平面。

4.根据权利要求3所述的体声波谐振器，其特征在于，所述下沉子部在所述衬底上的投影与所述环形凹槽在所述衬底上的投影重叠。

5.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述翼部沿着层级方向来回弯折与空气形成声子晶体结构。

6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其特征在于，所述环形凹槽包括多个，多个所述环形凹槽沿由所述有效谐振区域向外的方向排列。

7.根据权利要求6所述的体声波谐振器，其特征在于，所述翼部弯折的下表面在所述衬底上的投影与多个所述环形凹槽的底壁在所述衬底上的投影重合。

8.根据权利要求6所述的体声波谐振器，其特征在于，沿着所述有效谐振区域向外的方向，多个所述环形凹槽的深度逐渐增加。

9.根据权利要求6所述的体声波谐振器，其特征在于，多个所述环形凹槽内填充有声反射材料以使所述声反射材料与所述压电层材料形成声子晶体结构。

10.一种滤波器，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的体声波谐振器。

技术总结本申请公开了一种体声波谐振器及滤波器，涉及半导体器件技术领域，本申请的体声波谐振器，包括衬底以及依次设置于衬底上的底电极、压电层和顶电极，衬底的上表面内凹以在底电极和压电层之间形成空腔，空腔、底电极、压电层以及顶电极沿层级方向投影重合的区域为有效谐振区域，顶电极在有效谐振区域的边缘抬升形成声反射结构，压电层的上表面在有效谐振区域的边缘内凹形成环形凹槽。本申请提供的体声波谐振器及滤波器，能够有效的反射传播到有源区边界的横向剪切波，提高体声波谐振器的Q值。技术研发人员：代金豪,张晋衔,杨婷婷,陈思,袁汉龙,童欣,卢亮宇,吴国强,王健,孙博文,孙成亮受保护的技术使用者：武汉敏声新技术有限公司技术研发日：20231128技术公布日：2024/7/29