体声波共振器器件、包含该器件的滤波器以及电子设备

摘要

一种体声波BAW共振器器件，包括第一和第二金属层(10、20)和居间的压电层(30)，第一金属层(10)包括间隔开的第一和第二部分(12、14)，其中将第一和第二部分(12、14)每一个均配置为多个互相连接的指状物(16、18)，并且其中第一部分(12)的多个指状物(16)的每一个均与第二部分(14)的至少一个指状物(18)声耦合。在一个实施例中，将第一部分(12)的指状物与第二部分(14)的指状物(18)交错，从而提供直接的耦合。在另一个实施例中，通过第一金属层(10)的额外部分(15)间接提供第一和第二部分的指状物之间的声耦合。

权利要求

1.一种体声波BAW共振器器件，包括第一和第二金属层(10、20)和居间的压电层(30)，第一金属层(10)包括间隔开的第一和第二部分(12、14)，其中将第一和第二部分(12、14)中的每一个均配置为多个互相连接的指状物(16、18)，并且其中第一部分(12)的多个指状物(16)中的每一个均与第二部分(14)的至少一个指状物(18)声耦合，并且其中第一部分(12)与输入端口(42)相耦合，第二部分(14)与输出端口(41)相耦合。

2.根据权利要求1所述的BAW共振器器件，其中将第一部分(12)的指状物(16)与第二部分(14)的指状物(18)交错。

3.根据权利要求2所述的BAW共振器器件，其中第二金属层(20)包括间隔开的第三和第四部分(22、24)，其中将第三和第四部分(22、24)中的每一个均配置为多个互相连接的指状物(26、28)，并且其中第三部分(22)的指状物(26)与第四部分(24)的指状物(28)交错，并且其中将第三部分(22)的指状物(26)配置为与第一部分(12)的指状物(16)相对，并且将第四部分(24)的指状物(28)配置为与第二部分(14)的指状物(18)相对。

4.根据权利要求1所述的BAW共振器器件，其中第一金属层(10)包括配置用于提供第一部分(12)的指状物(16)和第二部分(14)的指状物(18)之间的声耦合的多个额外部分(15)。

5.根据权利要求4所述的BAW共振器器件，其中第二金属层(20)包括间隔开的第三和第四部分，其中将第三和第四部分中的每一个均配置为多个互相连接的指状物，并且其中将第三部分的指状物配置为与第一部分(12)的指状物(16)相对，并且将第四部分的指状物配置为与第二部分(14)的指状物(18)相对，并且第二金属层(20)包括配置用于提供第三部分的指状物和第四部分的指状物之间的声耦合的多个额外部分。

6.根据权利要求3或5所述的BAW共振器器件，还包括位于压电层内的第三金属层(81、82)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的BAW共振器器件，其中将第二金属层设置在反射体(50)上，并且将反射体(50)设置在衬底(60)上。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的BAW共振器器件，其中至少一个指状物包括纵向狭缝。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的BAW共振器器件，其中还包括以下的一个或更多：

第一部分(12)的至少一些指状物(16)具有不相等的长度和/或第二部分(14)的至少一些指状物(18)具有不相等的长度；

第一部分(12)的至少一些指状物(16)的长度和第二部分(14)的至少一些指状物(18)的长度是不相等的；

第一部分(12)的至少一些指状物(16)具有不相等的宽度和/或第二部分(14)的至少一些指状物(18)具有不相等的宽度；

第一部分(12)的至少一些指状物(16)的宽度和第二部分(14)的至少一些指状物(18)的宽度是不相等的；

第一部分(12)的至少一些指状物(16)之间的间隙具有不相等的宽度和/或第二部分(14)的至少一些指状物(18)之间的间隙具有不相等的宽度。

10.一种滤波器，包括根据权利要求1至9中任一项所述的BAW共振器器件。

11.一种电子设备，包括根据权利要求1至9中任一项所述的BAW共振器器件。

说明书

体声波共振器器件、包含该器件的滤波器以及电子设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种体声波(BAW)共振器器件、包括BAW共振器器件的滤波器、以及包括BAW共振器器件的电子设备。

背景技术

[0002] 薄膜体声波(BAW)滤波器可以在诸如移动通信、无线连接以及卫星和移动数字TV之类的应用中提供高度小型化且低成本的射频(RF)和中频选择性。薄膜BAW成为约1GHz以上的可选的技术。

[0003] 这些滤波器的基本构件是BAW共振器。BAW共振器本质上是一种包括夹在金属电极层之间的压电层的声学腔。当在这些电极两端施加交流电信号时，将能量转变为机械形式，并且激发出驻波。振动的主要模式与所述层垂直，沿厚度延伸的(TE)，并且在频率处的半波长近似等于腔体厚度的一半。该模式的激发是压电层取向(C轴法向)的结果，这比其他取向更易于生长。可以容易地生长0.1至2.0μm量级的层，因此该技术最适合于1至10GHz量级的频率。

[0004] 两种主要类型的BAW共振器是膜体声波共振器(FBAR)和稳固安装的体声波共振器(SBAR或SMR)。SBAR与FBAR不同之处在于将BAW共振器安装到一组声学失配层上面，所述层具有交替的高和低声阻，并且每一个是四分之一波长厚。将这种反射体层称作声学布拉格(Bragg)反射体。布拉格反射体在比典型的滤波器带宽更宽的频带上提供法向入射的TE模式声波的非常强烈的反射。将布拉格反射体本身安装在典型为玻璃或硅的固体衬底上。例如，在R.Ruby2004年3月在日本千叶大学的2ndInternational Symposium on Acoustic Wave Devices for Future MobileCommunication Systemes 的 133 页“FBAR-from technologydevelopment to production”中讨论了FBAR。例如，H-P 等人在2002年在慕尼黑的IEEE Ultrasonics Symposium的897页“Solidlymounted bulk acoustic wave(BAW)filters for the GHz range”中讨论了SBAR。

[0005] 在BAW滤波器中，将BAW共振器电互连为非平衡的梯形结构或平衡的格子结构、或者通常也是平衡的这些结构的组合结构。电连接对于设计灵活性强加了限制，然后这限制了应用。具体地，有时需要这样的组合：在一个端口处具有不平衡末端，例如用于将滤波器输入与天线相连，并且在另一个端口处具有平衡的末端，例如用于将滤波器输出与低噪声放大器(LNA)相连。另外，这些末端可能具有不同的阻抗，典型地是50ohms和150ohms，因此也需要阻抗转换。如果在滤波器中不能包括这种附加的平衡-不平衡变换器和/或阻抗转换功能，那么要求几种附加的无源部件。

[0006] 如果在通过附加的薄膜层垂直分离以提供耦合的同一层叠体的层中包括两个共振器，可以在薄膜BAW滤波器中包括阻抗转换。在这种结构中，两个共振器之间的连接是声学的而不是电学的，即声波传输能量。然后通过电连接两个这种层叠体来实现阻抗转换，其中两个层叠体中的共振器的面积不同，因此阻抗不同。也可以实现平衡-不平衡变换器功能。在K.Lakin等人2004年在慕尼黑的IEEE Ultrasonic Symposium的879页中的“Coupled Resonator Filters”讨论了这种结构。

[0007] 垂直耦合共振器的这种方法消除了平衡-不平衡变换器和/或阻抗转换功能所要求的附加部件，但是在所要求的许多附加层方面存在成本，这大大地增加了复杂性，因此增加了晶片处理的成本。

[0008] 此外，在该方法中缺乏设计灵活性。滤波器带宽是薄膜层叠体中的两个共振器之间的声学耦合程度的函数。其受耦合层的个数控制，因此只能通过不连续的步骤来调节。

[0009] 在石英晶体滤波器领域中公知的是将两个矩形共振器并排放置，并且利用共振器之间的厚度切变(TS)声波的横向传播，例如参见J.F.Werner1971年在J.SCi.Tech的Vol.38、74-82页中的“The bilithicquartz crystal filter”。在该方法中，通过共振器的宽度和共振器之间的间隙来控制滤波器带宽，可以连续地调节所述带宽。然而，不能将并排放置两个矩形共振器的该方法用于采用TE模式的薄膜BAW滤波器，因为对于给定尺寸而言，TE模式比TS模式更强烈地被限制在每一个共振器中。如T.W.Grudkowski等人1980年在Proc.IEEE UltrasonicsSymposium的829-833页中的“Fundamental mode VHF/UHF bulk acousticwave resonators and filters on silicon”所示，该效果将是无法接受地高的插入损耗和窄带宽，该文中示出了8.5dB的插入损耗。对匹配特定的阻抗(典型地是50ohms的量级)的要求确定了共振器的面积，并且该阻抗级别要求面积与厚度的较高比率。另一方面，为了使得不会太强烈地限制能量并且可以在电极之间传播，每一个共振器的电极必须沿横向维度较窄，即不超过共振器厚度的10倍。对于电极的两个相邻面积也是这样，电极的长宽比(aspect ratio)需要在几百的量级。这种器件将具有非常高的电阻，因此具有较高的插损。

发明内容

[0010] 本发明的目的是提供一种具有增加的带宽和减小的插损的BAW共振器器件。

[0011] 根据本发明的第一方面，提出了一种体声波BAW共振器器件，包括第一和第二金属层和居间的压电层，第一金属层包括间隔开的第一和第二部分，其中将第一和第二部分中的每一个均配置为多个互相连接的指状物，并且其中第一部分的多个指状物中的每一个均与第二部分的至少一个指状物声耦合。

[0012] 通过采用多个指状物，改进了通过第一金属层的第一和第二部分限定的共振器之间的声耦合，减小了电阻，导致了增加的带宽和减小的插损。在毗邻的指状物之间，声耦合是横向的。

[0013] 在本发明的一个实施例中，将第一金属层的第一部分的指状物与第一金属层的第二部分的指状物交错。该实施例利用相邻指状物之间的直接耦合在相邻指状物之间提供强烈的声耦合。

[0014] 在本发明的第二实施例中，第一金属层的第一部分的指状物通过第一金属层的额外部分间接地与第二部分的毗邻指状物声耦合。因为阻抗与面积成反比，该实施例特别适用于其中要求阻抗转换的情况，并且输入和输出部分的面积可以不同。

[0015] 可以将所述器件的第一和第二部分分别用作输入和输出电极，并且分别与输入端口和输出端口相连。可以通过将第二金属层耦合到接地路径来实现非平衡操作。对于平衡操作，所述器件包括第二金属层的与第一金属层的结构相对应的结构，即第二金属层包括间隔开的第三和第四部分，其中将第三和第四部分中的每一个均设置为多个互相连接的指状物，其中第三部分的指状物与第四部分的指状物交错，或者经由额外部分进行声耦合，并且其中将第三部分的指状物配置为与第一部分的指状物相对，以及将第四部分的指状物与第二部分的指状物相对。在这种情况下，可以将第一和第三部分用作平衡的输入端口，并且将第二和第四部分用作平衡的输出端口。

[0016] 任意地，对于平衡操作，第三金属层可以位于所述器件的压电层中。该第三金属层可以辅助高度的幅度和相位平衡，并且辅助确保输入和输出共振器在相同的频率处共振。

[0017] 任意地，可以通过在具有与第一金属层的第二部分的指状物不同长度的第一金属层的第一部分中的指状物来实现阻抗转换，并且如果存在，第二金属层的第三部分的指状物具有与第二金属层的第四部分的指状物不同的长度。

[0018] 任意地，可以将所述器件实现为具有在反射体上设置的第二金属层和在衬底上设置的反射体。该结构提供了SBAR器件。发射体可以是布拉格反射体，但是替换地可以使用其他类型的反射体。

[0019] 本发明还提供了一种滤波器，例如用于通信接收机的选择性滤波器，包括根据本发明第一方面的BAW共振器器件。

[0020] 本发明还提供了一种电子设备，例如一种移动电话或广播接收机，包括根据本发明第一方面的BAW共振器器件。

附图说明

[0021] 现在参考附图作为示例描述本发明，其中：

[0022] 图1是穿过BAW共振器器件的层结构的示意性截面图；

[0023] 图2是图1的层结构的上部层的示意性平面图；

[0024] 图3是穿过适用于平衡操作的BAW共振器器件的层结构的示意性截面图；

[0025] 图4是图3的层结构的下部层20的示意性平面图；

[0026] 图5是穿过SBAR器件的层结构的示意性截面图；

[0027] 图6是穿过适用于平衡操作的SBAR器件的层结构的示意性截面图；

[0028] 图7是BAW共振器器件的另外实施例的上部层的示意性平面图；

[0029] 图8是穿过针对图7实施例的BAW共振器器件的层结构的示意性截面图；

[0030] 图9是穿过采用第三金属层的BAW共振器器件的层结构的示意性第一截面图；

[0031] 图10是穿过采用第三金属层的BAW共振器器件的层结构的示意性第二截面图；

[0032] 图11是关于图7的示意性平面图，但是示出了第三金属层的位置；

[0033] 图12示出了针对图1的FBAR结构的指状物区域的色散曲线；

[0034] 图13示出了针对图1的FBAR结构的间隙区域的色散曲线；

[0035] 图14示出了针对图5的SBAR结构的指状物区域的色散曲线；

[0036] 图15示出了针对图5的SBAR结构的间隙区域的色散曲线；

[0037] 图16示出了对于不同个数的指状物，针对采用FBAR的宽带BAW滤波器的S参数S11和S12的幅度；

[0038] 图17示出了针对采用FBAR的宽带BAW滤波器的S参数S11和S12的幅度和相位；

[0039] 图18示出了针对采用现有技术垂直耦合SBAR共振器的宽带BAW滤波器的S参数S11和S12的幅度和相位；

[0040] 图19示出了对于不同个数的指状物、针对采用FBAR的窄带BAW滤波器的S参数S11和S12的幅度；

[0041] 图20示出了针对采用FBAR的窄带BAW滤波器的S参数S11和S12的幅度和相位；

[0042] 图21示出了针对采用现有技术垂直耦合SBAR共振器的窄带BAW滤波器的S参数S11和S12的幅度和相位；

[0043] 在附图中，已经将相同的参考符号用于表示相应的特征。

具体实施方式

[0044] 图1示意性地示出了穿过适用于要求非平衡端口的应用中的FBAR共振器的层的截面图，包括第一金属层10、第二金属层20和居间的压电层30。图2示意性地示出了第一金属层10布局的平面图。第二金属层20是连续的平面，并且因此未在平面图中示出。图1的截面与图2的X-X’线相对应。在图1和图2中，第一金属层10包括具有多个互相连接的指状物16的第一金属部分12以及具有多个互相连接的指状物18的第二金属部分14。第一和第二金属部分12、14通过包含介电平面化(planarisation)材料的间隙17间隔开。
第一部分12的指状物16与第二部分14的指状物18交错，从而在相邻指状物之间提供声耦合。为了清楚起见，在图1和图2中，第一部分12被示为具有三个指状物18，并且第二部分14具有两个指状物18，在典型的实现中可以存在多得多的指状物。

[0045] 在使用中，第一金属层10的第一部分12用作输入电极，并且与不平衡输入端口42耦合，而第一金属层10的第二部分14用作输出电极，并且与不平衡输出端口41耦合。第二金属层20与接地路径40耦合。

[0046] 典型地，第一和第二金属层10、20是铝、铂、钼、钨或金，并且具有100nm量级的厚度。典型地，压电层是氮化铝、氧化锌或沉积了具有与所述层垂直的C轴的锆酸钛酸铅，其具有1-2μm量级的厚度。氮化铝是当前优选的材料。可以省略介电平面化材料。

[0047] 在制造期间，将图1中所示的分层结构制作到硅衬底(未示出)上，并且典型地通过微加工从声有源区中去除硅衬底，以便提供声隔离以及因此提供低声损耗。

[0048] 图3示意性地示出了穿过适用于要求平衡端口的应用的FBAR共振器的层的截面。所述结构与图1中所示结构相同，不同之处在于第二金属层20具有与在图2中所示的第一金属层10相同的布局。只描述了图1和图3中所示结构之间的差别；在图4中以平面图示出了图3的第二金属层20。所述第二金属层20包括具有多个互相连接的指状物26的第三金属部分22和也具有多个互相连接的指状物28的第四金属部分24。将第三和第四金属部分22、24通过包含介电平面化材料的间隙27间隔开。第三部分22的指状物26与第四部分24的指状物28交错，从而提供相邻指状物之间的声耦合。将第三部分22的指状物
26设置为与第一部分12的指状物16相对，即是其镜像，并且将第四部分的指状物28设置为与第二部分14的指状物18相对。在典型的实现中，可以存在比图3和图4中所示多得多的指状物。

[0049] 当将图3和图4中所示的结构用于要求平衡端口的应用中时，第一金属层10的第一部分12和第二金属层20的第三部分22用作一对输入电极，并且与平衡输入端口43、44耦合，第一金属层10的第二部分14和第二金属层20的第四部分24用作一对输出电极，并且与平衡输出端口45、46耦合。

[0050] 图5示意性地示出了穿过SBAR器件的层结构的截面。第一金属层10、第二金属层20和居间的压电层30与图1中所示结构相同，因此不再描述。在图5中，将第二金属层20设置在声学布拉格反射体50上，并且将布拉格反射体50设置在衬底60上。上文中已经讨论了布拉格反射体50。

[0051] 图6示意性地示出了穿过适用于要求平衡端口的应用的SBAR器件的层结构的截面。所述结构与图3中的结构相同，除了将第二金属层20设置在声学布拉格反射体50上，并且将布拉格反射体50设置在衬底60上。为了清楚起见没有示出第二金属层20与平衡端口的端子的耦合，但是典型地通过第二金属层20的横向延伸或通过所述层结构中的通孔进行耦合。

[0052] 当将交流电场施加到第一和第二金属层10、20之间时，激发出声振荡。对于C轴法线的压电层，主要的声模式是厚度延伸(TE)，即运动与所述层垂直。基本TE共振出现于这样的频率，即第一和第二金属层10、20和压电层30的组合厚度近似等于该模式的半波长。如果BAW共振器包括具有高的宽度-厚度比率(即100或更多的量级)的第一和第二金属层10、20，声能量将主要被限制在由它们的重叠所限定的区域，但是在共振器边缘激发出横向传播的附加模式，给出了少量不必要的损耗和其他二阶效应。对于根据本发明的共振器，优选地，将低的宽度-厚度比率(即10或更少的量级)用于指状物16、18、26、28，并且因此将更高比例的能量转换为横向模式，因此在相邻指状物之间传输更多比例的声能量。因此在特定的频率时，在图1至图5中所示的交错结构在相邻指状物16和18、以及26和28之间提供强声耦合。这样，对于根据本发明的共振器，故意地采用横向传播的波之一来提供共振器之间的这种声耦合。交错的指状物的使用具有另外的优点：在耦合过程中采用除了最外面两个指状物之外的全部指状物的两个边缘而获得更大耦合。

[0053] 图7示意性地示出了第一金属层10的交替布局的平面图。代替如上参考图4所述分别交错的第一和第二部分12、14的指状物16、18，第一部分12的指状物16不会在第二部分14的指状物18之间延伸。存在位于第一部分12的指状物16之间并且与其间隔以及第二部分14的指状物18之间并且与其间隔的额外部分15。额外部分15提供第一部分12的指状物16和第二部分14的指状物18之间的间接耦合。第一部分12的指状物16可以具有与第二部分14的指状物18不同的长度；按照这种方式所述器件提供输入和输出端口之间的阻抗转换。

[0054] 图8示意性地示出了穿过具有如图7所示的第一金属层10的FBAR器件的截面。所述截面与图7中的线y-y′相对应。第二金属层20和压电层30如参考图1所示。第一金属层10的第一和第二部分12、14以及额外部分15通过包含介电平面化材料的间隙17间隔开。在典型实现中，将存在比图7和图8中所示多得多的指状物16、18和额外部分15。

[0055] 尽管在图8中未示出输入和输出连接，在使用中，第一金属层10的第一部分12(包括指状物16)用作输入电极，并且与不平衡输入端口耦合，第一金属层10的第二部分14(包括指状物18)用作输出电极，并且与不平衡输入端口耦合，并且第二金属层20与接地路径耦合。

[0056] 对于要求平衡操作的应用，第二金属层20的布局与在图7中所示的第一金属层10的布局相同；该器件的y-y’截面在图9中示意性地示出，并且示出了指状物26、额外部分25和包含介电平面化材料的间隙27。对于平衡操作，在使用中，第一金属层10的第一部分
12(包括指状物16)和第二金属层20的相对部分(包括指状物26)与平衡输入端口耦合，并且第一金属层10的第二部分14(包括指状物18)和第二金属层20的相对部分(包括指状物28)与平衡输出端口耦合。

[0057] 可以通过按照与如上参考图5和图6所述的方式将第二金属层20设置在声学布拉格反射体上、以及将布拉格反射体设置在衬底上来构建具有图7、8和9中所示结构的SBAR器件。

[0058] 通过将与不平衡端口相对应的那部分第二金属层20与接地路径耦合，还可以将针对平衡操作所描述的器件结构用于平衡-不平衡变换器操作，即一个端口平衡而一个端口不平衡。

[0059] 用于不平衡输入端口和平衡输出的器件可以可选地包括压电层30内部的第三金属层。图11示意性地示出了具有如图7所示的第一金属层10的器件的平面图，但是附加地示出了包括第五部分81和第六部分82(点划线)的第三金属层的布局。第五部分81是包围第一部分12的指状物16区域的矩形形状，并且具有与额外部分15相对应的附加凸出指状物部分，而第六部分82是与第二部分14相同的形状。第五部分81用于确保输出端口处高度的幅度和相位平衡。图9示意性地示出了穿过图11中所示器件的层结构的y-y’线的截面，其中可以看出：在该位置处，第五部分81连续地穿过器件，远离压电层30的边缘区域。图10示意性地示出了穿过图11中所示器件的层结构的Z-Z’线的截面，其中可以看出：在该位置处，第六部分82包括穿过第三金属层的三个金属指状物的截面。在使用中，第一金属层10的第一部分12(包括指状物16)与不平衡输入端口耦合，第二金属层20的第三部分(包括指状物26)与接地路径耦合，第三金属层的第五部分81是电浮置的，并且用于确保输入和输出共振器两者均在相同的频率处共振，第一金属层10的第二部分14(包括指状物18)和第二金属层20的第四部分(包括指状物28)与平衡输出端口耦合，以及第六部分82与接地路径耦合。

[0060] 通过应用在R.F.Milsom等人在2004年3月在日本的千叶大学举办的nd
“2 International Symposium on Acoustic Wave Devices for FutureMobile Communication Systems”的143页的“Simulation of secondorder effects in SBAR and FBAR”中的理论已经预测了针对根据本发明的分层结构中的横向传导的波的色散曲线，并且在图12至图15中示出。对于在图12至图15中出现的数据，第一金属层10是100nm厚的铝，并且间隙17包含100nm厚的五氧化钽。色散曲线中的惯例是在垂直轴中显示频率，在正水平轴中显示归一化波数Ω的实部，而在负水平轴中显示归一化波数Ω的虚部。针对全部是Lamb类型波的FBAR中的五个最明显的横向传导的波的色散曲线在图12中针对指状物区域示出，并且在图13中针对间隙区域示出。

[0061] 参考图12，标为1的曲线(正方形点)与横向传导TE波相对应，实际上包括运动的显著平行(X1方向)分量和法向(X3方向)分量，并且纯正的TE只位于其截止频率之一处，在这种情况下是1.95GHz。这是用于横向耦合的主要模式。图13示出了针对间隙区域的相应曲线。对于指状物和间隙区域两者，均存在如图12和图13中所示的明显频带。在上部阻带中波数是虚数，因此模式1沿X1方向强烈衰减，而在辐射带中，模式1无衰减地传播，并且在下部阻带中，模式1和2具有复共轭波数，并且均强烈衰减。如果这位于指状物区域的辐射带和间隙区域中的阻带之一中，则高Q因子横向共振只能在给定频率处发生。这种共振称作“能量俘获”模式，因为由于指状物边缘处的内反射以及间隙和末端区域中渐消的扰动，它们将驻波组合在指状物区域中，即振荡的幅度远离指状物区域外部边缘迅速地衰减。可以按照两个替换方式之一来实现在指状物和间隙区域的频带之间所要求的偏移量。第一金属层10由较重金属构成，例如铂，这将指状物区域辐射带向下偏移以与间隙区域下部阻带重叠，或者(在图12和图13中所示的情况下)，顶部电极由轻金属(在这种情况下是铝)构成，并且将间隙用重电介质(在这种情况下是五氧化钽)平面化层来填充，这将间隙区域上部阻带向下偏移以与指状物区域辐射带重叠。在第一种情况下加载间隙(或者利用电介质材料、或者金属、可以接地并且具有非常小的间隙以提供电学隔离)是可选的，但是平面化仍然是推荐的，以便使电极边缘处的声不连续最小化，因此减小了需要和不需要的横向波之间的能量转换。

[0062] SBAR色散曲线如图14和15所示。这些波是瑞利(Rayleigh)型表面声波(SAW)，其中一些波在某些频率是泄漏的，即能量通过布拉格反射体泄漏。可以看出模式1的行为只近似于上面针对FBAR情况所讨论的行为。明显的辐射带和阻带不会出现，因此可以期待滤波器行为不同。

[0063] 图16示出了采用具有图1和图2中所示结构但是具有不同个数的指状物的FBAR的宽带BAW滤波器的电学散射参数(S参数，S11和S12)的幅度。第一金属层10是100nm的铝，在指状物16、18之间的间隙17中的平面化材料是100nm的五氧化钽。在该示例中为了实现宽的带宽，要求指状物16、18和间隙17的宽度分别为5μm和2μm。对于在图16中出现的数据，第一部分12中的指状物16(用于输入电极)和第二部分14中的指状物18(用于输出电极)的个数N、指状物16、18的长度W和包括指状物16、18和间隙17的声有源区的面积A如下：

[0064]N W A
2
1 3.094mm 0.0371mm
2
3 1.962mm 0.0784mm
2
10 0.590mm 0.0814mm
2
50 0.119mm 0.0831mm

[0065] 在全部情况中，选择指状物长度W以便得到与50ohms的最优匹配，并且向每一个端口依次添加不严格的2nH电感以使通带中心的小的(≈1dB)短暂下降变平。注意增加指状物的个数具有以下效果：

[0066] (1)指状物的面内(in-plane)长宽比较低，并且电并联的指状物个数较大，给出较低的串联电阻。

[0067] (2)由于增加的声耦合，通带两端的插损较低。

[0068] (3)改善了端口处的电匹配。

[0069] (4)几乎不增加总的声有源区(N＝1是性能极差的特别情况)。此外，该区域的总长宽比变得更加合理。

[0070] (5)增加了阻带中不需要的响应的锐度。

[0071] 除了最后一条之外全部这些效果都是有益的。

[0072] 对图17中在根据本发明第一和第二金属部分12、14的每一个中具有50个指状物的的FBAR滤波器和图18中具有3个耦合层的现有技术垂直耦合SBAR的S-参数的预测频率响应进行比较。在图17中出现的数据是针对具有5μm宽度和100nm厚度的指状物和包含100nm厚的五氧化钽平面化材料的2μm宽的间隙的滤波器。压电层30材料和金属层10、20材料(100nm的铝)针对图17和18是相同的。SBAR中的反射体和耦合层材料是二氧化硅(SiO2)和五氧化钽(Ta2O5)。声学布拉格反射体分别具有6层和5层的SiO2和Ta2O5。
耦合器分别具有3层和2层的SiO2和Ta2O5。使用上面引用Milsom等人的文献所讨论的的二维分析模型来执行FBAR预测。因为横向传播的波支配行为，所以这是必要的。使用作为二维模型的子集并且忽略了横向传播波的一维模型来执行SBAR仿真。因为法向入射的TE波支配行为，所以已经将其示出为是针对这种结构的较好近似。从图17和图18的仿真中省略在图16的预测中包括的端口处的串联电感器，以说明当要求相对高的带宽时BAW器件本身出现的中心频率处的S21中的短暂下降和通过S11的较高值表示的弱匹配。对图16、
17和18中出现的数据进行几个注释：

[0073] (1)不要试图将图17的FBAR和图18的垂直耦合SBAR的带宽设计得严格相同，但是重点还在于：对于横向耦合的指状物这是连续可调的，因为它是在掩模中自由定义的指状物和间隙宽度的函数；而对于垂直耦合共振器则只能在不连续的步骤中调节，因为它是整数的耦合层个数的函数。

[0074] (2)频率响应的一般形状对于图17的FBAR和图18的垂直耦合SBAR是相同的，但是很明显，在FBAR中存在许多频带外响应，而垂直耦合SBAR的响应是无虚假的(spurious-free)。在垂直耦合SBAR的情况下，从仿真中排除的横向传播的波实际上将引入一些虚假响应，但是只是较低水平。

[0075] (3)图16示出了在指状物的数目、通带插损和频带外响应的强度之间存在折衷。然而，最好的方法可能是具有大量指状物(由于上述原因)，并且使用其他手段来抑制或者利用不需要的响应。

[0076] (4)频带外响应看来像是代表了滤波器响应方面的问题，但是它可以被利用以获得好处。它们发生在针对指状物区域的模式1的阻带中，因此不可能是由于该波导致的。这些响应的每一个实际上均与作为行波的其他波(一般为模式2或模式3)之一的多次内反射相关联。与通带边缘附近的这两个主要共振不同，它们不是正常可接受意义下的能量俘获，即正被讨论的传导波的波数在全部区域中是实数。可以通过将非均匀性引入其中指状物和间隙宽度沿所述结构变化的层结构中来抑制或者修改所述共振，这样减小了内反射的相干性。或者，可以沿每一个指状物的中心引入窄间隙(即，纵向狭缝)，而维持这两半之间的电连接。能量俘获和非能量俘获共振的不同性质使得可以在设计时至少某种程度上独立地修改它们。清楚的是可以将零陷(deep null)引入到阻带中，并且可以将其设计为位于必须被强烈抵制的频率。通常，可以完全地定制通带和阻带。这种设计灵活性不可用于垂直耦合共振器中。

[0077] (5)图14和15表示针对根据本发明的SBAR指状物结构，在指状物区域中，模式1的波数在除了截至频率之外的全部频率处是复数。这是由于通过反射体的声能量的泄漏，并且导致比针对FBAR设计所预测得更高的插损。另一方面，到其他横向模式的模式转换将更弱，因为这些是比模式1更少穿透进入结构中的表面声波(SAW)。因此，对于SBAR减小了频带外响应。

[0078] (6)横向耦合共振器采用比垂直耦合共振器更简单的技术。层数明显更少。此外，例如用于校正晶片上的分布的滤波器频率调整更简单。例如，在部分晶片上局部地添加诸如二氧化硅之类的电介质薄层将减小中心频率，而不会显著地改变滤波器响应形状。作为比较，应用于垂直耦合共振器的这种方法对顶部共振器的修改程度比对底部共振器的更大，因此改变了频率和响应形状两者。

[0079] (7)可选地，可以通过将在不同部分中的间隙和/或指状物宽度中具有细微差别的两个或更多横向耦合共振器部分进行级联来实现改进的阻带衰减，以使得锐利的频带外响应不会彼此加强。

[0080] (8)可选地，可以将顶部和底部电极指状物都接地的附加共振器插入到输入和输出电极的指状物之间，以在输入和输出端口之间提供高阶滤波和电磁屏蔽。这种指状物结构的示例是：输入、地、地、输出、地、地、输入、…、地、地、输出。原理上，可以采用并联的输入、输出和接地指状物的任意结构。

[0081] 图19、20和21示出了与图16、17和18类似的结果，但是是针对具有更窄带宽的滤波器。实现窄带宽要求更少的声耦合，在根据本发明的器件中这是通过使用更宽的指状物和间隙实现的，指状物16、18和间隙17的宽度分别是10μm和3μm，在垂直耦合器件中这是通过将耦合层的个数增加至5来实现的。第一金属层10的材料和平面化材料与针对图16、17和18的材料相同。

[0082] 对于在图19中出现的数据，第一部分12中的指状物16(用于输入电极)和第二部分14中的指状物18(用于输出电极)的个数N，指状物16、18的长度W，和包括指状物16、18和间隙17的声有源区的面积A如下：

[0083]N W A
2
1 0.324mm 0.0075mm
2
3 0.209mm 0.0157mm
2
10 0.065mm 0.0167mm
2
20 0.033mm 0.0171mm

[0084] 图19、20和21中的频率响应更本质的是现在无需串联电感器就实现了平坦的响应和与末端的优良阻抗匹配。这显示出对于窄带宽应用，相比于传统梯形和格子滤波器在声耦合方面的优势。在后者中减小的带宽总是伴随着插损的增加。另一方面，预计窄带声耦合滤波器具有非常低的插损。这个一般性结论对于宽的和窄的带宽是相同的，但是在窄带的情况下不需要的频带外响应较弱并且总有源面积更小。图16至21中的结果示出了可以使用横向耦合而无需对层堆叠的任意修改来实现带宽范围。这是使用横向声耦合的器件相比采用垂直声耦合的器件的独特优势。

[0085] 可选地，可以从间隙17、27中省略平面化材料，但是如果平面化材料存在，第一金属层的间隙17和第二金属层的间隙27中的平面化材料应当相同。

[0086] 在本发明的特征之内，有大量设计自由度，而仍然受益于本发明的优势。具体地，可以在BAW共振器器件中包括一个或更多以下特征(一些特征已经在前面叙述)，以对器件的频率响应进行整形，并且提供适用于任意具体应用的输入和输出阻抗：

[0087] ·第一部分12的至少一些指状物16可以具有不相等的长度和/或第二部分14的至少一些指状物18可以具有不相等的长度；

[0088] ·第一部分12的至少一些指状物16的长度和第二部分14的至少一些指状物18的长度可以是不相等的；

[0089] ·第一部分12的至少一些指状物16可以具有不相等的宽度和/或第二部分14的至少一些指状物18可以具有不相等的宽度；

[0090] ·第一部分12的至少一些指状物16的宽度和第二部分14的至少一些指状物18宽度可以是不相等的；

[0091] ·第一部分12的至少一些指状物16之间的间隙可以具有不相等的宽度和/或第二部分14的至少一些指状物18之间的间隙可以具有不相等的宽度。

[0092] 在图中所示的实施例具有直的指状物。然而，这不是关键要求。权利要求意欲包括直的和不直的指状物。不直的指状物的示例是曲线的、Z字形的或螺旋形的形状。

[0093] 在本说明书和权利要求中，单数元件不排除多个这种元件的存在。另外，词语“包括”不排除除了所列元件或步骤之外的其他元件或步骤的存在。

[0094] 权利要求的括号中包括的附图标记是为了辅助理解，而并非限制。

[0095] 根据理解该公开，对于本领域的技术人员，其他修改将是明白的。这些修改可以包括在薄膜体声波器件及其应用领域中已知的、并且可以用来代替或补充上述特征的其他特征。