一种体声波谐振器和体声波滤波器

摘要

本申请提供一种体声波谐振器和体声波滤波器，涉及滤波器技术领域，包括：衬底，在衬底上依次层叠设置的下电极、压电层和上电极，上电极在衬底的正投影的轮廓由四条曲线首尾相接而成，相邻两条曲线的连接处设置有弧形过渡，间隔设置的两条曲线不平行。如此，能够有效提高器件的可靠性，同时，还能够有效抑制寄生谐振幅值，提高Q值，从而提高器件性能。

权利要求

1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括：衬底，在所述衬底上依次层叠设置的下电极、压电层和上电极，所述上电极在所述衬底的正投影的轮廓由四条曲线首尾相接而成，相邻两条所述曲线的连接处设置有弧形过渡，间隔设置的两条所述曲线不平行，每条所述曲线均包括顺次连接的多条子曲线，每条所述子曲线的起点至对应边的距离各不相等。

2.如权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，相邻两条所述曲线的连接点连线形成四边形，所述四边形的四条边与所述四条曲线一一对应。

3.如权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，每条子曲线的起点的切线与对应边的夹角各不相等。

4.如权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，每条子曲线的起点的切线与对应边的夹角小于45°。

5.如权利要求2至4任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，每条所述曲线包括顺次连接的第一子曲线、第二子曲线和第三子曲线，所述第一子曲线、所述第二子曲线和所述第三子曲线之间的长度各不相等。

6.如权利要求5所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一子曲线的长度大于所述第三子曲线的长度，所述第三子曲线的长度大于所述第二子曲线的长度。

7.如权利要求6所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一子曲线与所述第三子曲线的长度的差值为5μm至20μm，所述第三子曲线与所述第二子曲线的长度的差值为5μm至20μm。

8.如权利要求5所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一子曲线的起点的切线与对应边的夹角为37°，所述第二子曲线的起点的切线与对应边的夹角为42°，所述第三子曲线的起点的切线与对应边的夹角为40°。

9.如权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述上电极的形状与所述下电极的形状相同，所述压电层的形状与所述上电极的形状相同。

10.一种体声波滤波器，其特征在于，包括多个如权利要求1至9任一项所述的体声波谐振器，相邻两个所述体声波谐振器串联或并联。

说明书

一种体声波谐振器和体声波滤波器

技术领域

[0001] 本申请涉及滤波器技术领域，具体而言，涉及一种体声波谐振器和体声波滤波器。

背景技术

[0002] 体声波滤波器利用压电晶体的压电效应产生谐振，由于谐振由机械波产生，而非电磁波作为谐振来源，机械波的波长比电磁波波长短很多。因此，体声波滤波器及其组成的谐振器体积相对传统的电磁滤波器尺寸大幅度减小。另一方面，由于压电晶体的晶向生长目前能够良好控制，谐振器的损耗极小，品质因数高，能够应对陡峭过渡带和低插入损耗等复杂设计要求。由于体声波滤波器具有的尺寸小、高滚降、低插损等特性，以此为核心的滤波器在通讯系统中得到了广泛的应用。

[0003] 现有体声波滤波器的电极形状通常为具有尖角的形状，在化学机械抛光工艺中容易在尖角处开裂，同时容易造成应力累积，导致器件性能失效。

发明内容

[0004] 本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种体声波谐振器和体声波滤波器，以解决现有体声波滤波器在化学机械抛光工艺中容易在尖角处开裂，同时容易造成应力累积，导致器件性能失效的问题。

[0005] 为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

[0006] 本申请实施例的一方面，提供一种体声波谐振器，包括：衬底，在衬底上依次层叠设置的下电极、压电层和上电极，上电极在衬底的正投影的轮廓由四条曲线首尾相接而成，相邻两条曲线的连接处设置有弧形过渡，间隔设置的两条曲线不平行。

[0007] 可选的，相邻两条曲线的连接点连线形成四边形，四边形的四条边与四条曲线一一对应，每一条边的两端点与对应曲线的两端点重合，每条曲线均包括顺次连接的多条子曲线，相邻两条子曲线的终点和起点连接，每条子曲线的起点至对应边的距离各不相等。

[0008] 可选的，每条子曲线的起点的切线与对应边的夹角各不相等。

[0009] 可选的，每条子曲线的起点的切线与对应边的夹角小于45°。

[0010] 可选的，每条曲线包括顺次连接的第一子曲线、第二子曲线和第三子曲线，第一子曲线、第二子曲线和第三子曲线之间的长度各不相等。

[0011] 可选的，第一子曲线的长度大于第三子曲线的长度，第三子曲线的长度大于第二子曲线的长度。

[0012] 可选的，第一子曲线与第三子曲线的长度的差值为5μm至20μm，第三子曲线与第二子曲线的长度的差值为5μm至20μm。

[0013] 可选的，第一子曲线的起点的切线与对应边的夹角为37°，第二子曲线的起点的切线与对应边的夹角为42°，第三子曲线的起点的切线与对应边的夹角为40°。

[0014] 可选的，上电极的形状与下电极的形状相同，压电层的形状与上电极的形状相同。

[0015] 本申请实施例的另一方面，提供一种体声波滤波器，包括多个上述任一种的体声波谐振器，相邻两个体声波谐振器串联或并联。

[0016] 本申请的有益效果包括：

[0017] 本申请提供了一种体声波谐振器和体声波滤波器，包括：衬底，依次层叠设置于衬底上的下电极、压电层和上电极，上电极在衬底的正投影的轮廓由四条曲线首尾相接而成，相邻两条曲线的连接处设置有弧形过渡，间隔设置的两条曲线不平行。如此，能够有效提高器件的可靠性，同时，还能够有效抑制寄生谐振幅值，提高Q值，从而提高器件性能。

附图说明

[0018] 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0019] 图1为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的结构示意图之一；

[0020] 图2为本申请实施例提供的一种上电极的轮廓示意图；

[0021] 图3为本申请实施例提供的一种上电极的轮廓的曲线示意图二；

[0022] 图4为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的阻抗曲线示意图；

[0023] 图5为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的仿真曲线示意图；

[0024] 图6为本申请实施例提供的一种体声波滤波器的结构示意图。

[0025] 图标：100‑下电极；200‑压电层；300‑上电极；310‑第一曲线；311‑第一子曲线；312‑第二子曲线；313‑第三子曲线；320‑第二曲线；321‑第四子曲线；322‑第五子曲线；323‑第六子曲线；330‑第三曲线；331‑第七子曲线；332‑第八子曲线；333‑第九子曲线；340‑第四曲线；341‑第十子曲线；342‑第十一子曲线；343‑第十二子曲线；351‑第一边；352‑第二边；
353‑第三边；354‑第四边；400‑衬底；410‑信号端；500‑体声波谐振器。

具体实施方式

[0026] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0027] 应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区域分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。

[0028] 应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。

[0029] 除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样定义。

[0030] 本申请实施例的一方面，提供一种体声波谐振器，如图1所示，包括：衬底400(图1未示出)，在衬底400上依次设置有下电极100、压电层200和上电极300，其中，下电极100设置于衬底400上，压电层200堆叠于下电极100上，上电极300堆叠于压电层200上，以此形成层叠设置的下电极100、压电层200和上电极300。在一些实施方式中，该衬底400可以是用于承载半导体集成电路元器件的基材，例如Si衬底、SiO2衬底、SiC衬底、蓝宝石衬底等。

[0031] 如图2所示，上电极300在衬底400上的正投影的轮廓可以由第一曲线310、第二曲线320、第三曲线330和第四曲线340首尾相接而成的封闭图形。并且在相邻两条曲线的连接处均设置有弧形过渡，如此，使得上电极300的边缘处于圆滑或平滑过渡，能够避免在上电极300的边缘出现尖角，从而在化学机械抛光工艺(Chemical Mechanical Polish，CMP)中有效避免上电极300出现开裂导致器件性能失效的现象，从而能够有效提高器件的可靠性以及良率。

[0032] 如图2所示，第一曲线310和第三曲线330间隔设置，第二曲线320和第四曲线340间隔设置，第一曲线310和第三曲线330不平行，第二曲线320和第四曲线340不平行，如此，使得声波横向传播路径较为不规律，从而能够有效抑制寄生谐振幅值，提高本申请的体声波谐振器500的Q值，从而提高器件性能。

[0033] 可选的，如图2所示，第一曲线310、第二曲线320、第三曲线330和第四曲线340首尾相连共形成四个连接点，将四个连接点顺次连线则形成四边形，应当理解的是，该四边形仅用作辅助参考，在体声波谐振器500中并不实际存在。为便于描述和区分，将四边形的四条边依次称为第一边351、第二边352、第三边353和第四边354。

[0034] 四边形的四条边与四条曲线一一对应，对应关系为每一条边的两端点与对应曲线的两端点重合，即如图2所示，第一曲线310和第一边351对应，第二曲线320和第二边352对应，第三曲线330和第三边353对应，第四曲线340和第四边354对应。

[0035] 每条曲线均包括顺次连接的多条子曲线，相邻两条子曲线的终点和起点连接，在一些实施方式中，每条曲线包括三条子曲线(当然，在其它实施方式中，每条曲线还可以包括两条子曲线、四条子曲线等等，其设置形式可以参考本实施方式)，例如：

[0036] 如图2所示，第一曲线310包括第一子曲线311、第二子曲线312和第三子曲线313，其中，第一子曲线311的终点和第二子曲线312的起点重合，第二子曲线312的终点和第三子曲线313的起点重合。

[0037] 第二曲线320包括第四子曲线321(第二曲线320的第一子曲线311)、第五子曲线322(第二曲线320的第二子曲线312)和第六子曲线323(第二曲线320的第三子曲线313)，其中，第四子曲线321的终点和第五子曲线322的起点重合，第五子曲线322的终点和第六子曲线323的起点重合。

[0038] 第三曲线330包括第七子曲线331(第三曲线330的第一子曲线311)、第八子曲线332(第三曲线330的第二子曲线312)和第九子曲线333(第三曲线330的第三子曲线313)，其中，第七子曲线331的终点和第八子曲线332的起点重合，第八子曲线332的终点和第九子曲线333的起点重合。

[0039] 第四曲线340包括第十子曲线341(第四曲线340的第一子曲线311)、第十一子曲线342(第四曲线340的第二子曲线312)和第十二子曲线343(第四曲线340的第三子曲线313)，其中，第十子曲线341的终点和第十一子曲线342的起点重合，第十一子曲线342的终点和第十二子曲线343的起点重合。

[0040] 如图2所示，第三子曲线313的终点和第四子曲线321的起点重合，第六子曲线323的终点和第七子曲线331的起点重合，第九子曲线333的终点和第十子曲线341的起点重合，第十二子曲线343的终点和第一子曲线311的起点重合，以此形成封闭图形。

[0041] 以第一曲线310为例：如图3所示，第一子曲线311的起点、第二子曲线312的起点和第三子曲线313的起点分别到第一边351的距离各不相等，第一子曲线311的起点到第一边351的距离为零，第二子曲线312的起点到第一边351的距离大于零，第三子曲线313的起点到第一边351的距离大于第二子曲线312的起点到第一边351的距离。

[0042] 以第二曲线320为例：如图2所示，第四子曲线321的起点、第五子曲线322的起点和第六子曲线323的起点分别到第二边352的距离各不相等，第四子曲线321的起点到第二边352的距离为零，第五子曲线322的起点到第二边352的距离大于零，第六子曲线323的起点到第二边352的距离大于第五子曲线322的起点到第二边352的距离。

[0043] 第三曲线330、第四曲线340同理，参照设置，如此，能够进一步的打乱声波横向传播的路径，抑制寄生谐振幅值，提高体声波谐振器500的Q值，从而提高器件性能。

[0044] 可选的，如图2所示，每条子曲线的起点的切线与对应边的夹角各不相等，能够使得寄生谐振减弱，有效改善器件性能。以第一曲线310为例：如图3所示，第一子曲线311的起点处的切线与第一边351的夹角为夹角a，第二子曲线312的起点处的切线与第一边351的夹角为夹角b，第三子曲线313的起点处的切线与第一边351的夹角为夹角c，夹角a、夹角b和夹角c的大小各不相等。

[0045] 以第二曲线320为例：如图2所示，第四子曲线321的起点处的切线与第二边352的夹角、第五子曲线322的起点处的切线与第二边352的夹角、第六子曲线323的起点处的切线与第二边352的夹角的大小各不相等。

[0046] 第三曲线330、第四曲线340同理，参照设置，如此，能够进一步的打乱声波横向传播的路径，抑制寄生谐振幅值，提高体声波谐振器500的Q值，从而提高器件性能。

[0047] 可选的，如图2所示，每条子曲线的起点的切线与对应边的夹角小于45°，如此，可以使得上电极300的轮廓更加平滑，进一步的降低边角开裂，应力集中，导致膜层不能做厚的现象。

[0048] 以第一曲线310为例：如图3所示，第一子曲线311的起点的切线与第一边351的夹角为37°，第二子曲线312的起点的切线与对应边的夹角为42°，第三子曲线313的起点的切线与对应边的夹角为40°。

[0049] 以第二曲线320为例：如图2所示，第四子曲线321的起点的切线与第二边352的夹角为37°，第五子曲线322的起点的切线与第二边352的夹角为42°，第六子曲线323的起点的切线与第二边352的夹角为40°。

[0050] 第三曲线330、第四曲线340同理，参照设置，如此，能够进一步的打乱声波横向传播的路径，抑制寄生谐振幅值，提高体声波谐振器500的Q值，从而提高器件性能。

[0051] 可选的，如图2所示，每条曲线包括顺次连接的第一子曲线311、第二子曲线312和第三子曲线313，第一子曲线311、第二子曲线312和第三子曲线313之间的长度各不相等，形成驻波的条件就会被破坏，寄生谐振减弱，能够有效改善器件性能。需要说明的是，每条曲线的长度为该条曲线拉直后所对应的长度。

[0052] 以第一曲线310为例：如图3所示，第一子曲线311的长度大于第三子曲线313的长度，第三子曲线313的长度大于第二子曲线312的长度。

[0053] 以第二曲线320为例：如图2所示，第四子曲线321的长度大于第六子曲线323的长度，第六子曲线323的长度大于第五子曲线322的长度。

[0054] 第三曲线330、第四曲线340同理，参照设置，如此，能够进一步的打乱声波横向传播的路径，抑制寄生谐振幅值，提高体声波谐振器500的Q值，从而提高器件性能。

[0055] 在一些实施方式中，第一子曲线与第三子曲线的长度的差值为5μm至20μm，第三子曲线与第二子曲线的长度的差值为5μm至20μm。如此，能够避免在差值小于5μm时，由于曲线形态相似所导致的寄生谐振不太理想；而当差值大于20μm时，会有某一段曲线很小，这种情况下，会导致寄生谐振集中在某个地方，也不利于体声波谐振器的性能。

[0056] 在一些实施方式中，如图1所示，上电极300、压电层200和下电极100各自在衬底400上的正投影的轮廓可以是第一轮廓(上电极300的轮廓)、第二轮廓(压电层200的轮廓)、第三轮廓(下电极100的轮廓)，第一轮廓、第二轮廓和第三轮廓的形状可以是两两相同。在一些实施方式中，第一轮廓的形状可以与第二轮廓的形状不同。在一些实施方式中，第一轮廓的形状可以与第三轮廓的形状不同。

[0057] 在一些实施方式中，第一轮廓、第二轮廓和第三轮廓的面积可以是依次增大，且第一轮廓位于第二轮廓内，第二轮廓位于第三轮廓内，即第二轮廓相对第一轮廓外扩一定尺寸，第三轮廓相对第二轮廓外扩一定尺寸。

[0058] 在一些实施方式中，当条所述子曲线的起点至对应边的距离各不相等，每条曲线的第一子曲线311的长度大于第三子曲线313的长度、第三子曲线313的长度大于第二子曲线312的长度，每条子曲线的起点和对应边的夹角小于45°，且，上电极300的形状与下电极100的形状相同，压电层200的形状与上电极300的形状相同时，通过仿真可以得出如图4和图5所示的仿真示意图，根据图4和图5可以看出，本实施例的寄生电容较少，因此，能够有效抑制寄生谐振幅值，提高体声波谐振器500的Q值。

[0059] 在一些实施方式中，上电极300或下电极100的材质可以是钼、铂、金、银、铝、钨、钛、钌、铜和铬中的一种或多种组合。

[0060] 本申请实施例的另一方面，提供一种体声波滤波器，如图6所示，包括在衬底400上间隔设置的多个体声波谐振器500，多个体声波谐振器500之间呈串联或并联关系，即相邻两个体声波谐振器500串联或并联，形成的串联电路和并联电路则分别与衬底400上的信号端410连接，以此，可以形成多阶梯形滤波器。

[0061] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。