声表面波谐振器、MEMS设备

摘要

本申请涉及谐振器技术领域，公开一种声表面波谐振器，包括：衬底，用于声电换能；衬底的外表面设置有叉指电极结构和温度补偿层；叉指电极结构，通过施加电压以激励声电换能；温度补偿层，包裹叉指电极结构；电子元件，位于叉指电极结构的反射栅区；且电子元件部分或全部包裹于温度补偿层中；电子元件包括电感器或电容器。这样，将电感器或电容器设置在叉指电极结构的反射栅区，而不是设置在叉指电极结构的非反射栅区，能够不影响声表面波谐振器的声速。本申请还公开一种MEMS设备。

权利要求

1.一种声表面波谐振器，其特征在于，包括：

衬底，用于声电换能；衬底的外表面设置有叉指电极结构和温度补偿层；

叉指电极结构，通过施加电压以激励声电换能；

温度补偿层，包裹叉指电极结构；

电子元件，位于叉指电极结构的反射栅区；且电子元件部分或全部包裹于温度补偿层中；电子元件包括电感器或电容器；温度补偿层内电子元件的设置高度小于预设高度；预设高度为温度补偿层的厚度的一半。

2.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，电子元件为电感器；电感器为方形绕线电感。

3.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，电子元件为电容器；电容器为叉指电极阵列式电容器或平行平板式电容器。

4.根据权利要求3所述的声表面波谐振器，其特征在于，电容器与叉指电极结构的反射镜平行。

5.根据权利要求3所述的声表面波谐振器，其特征在于，电容器与叉指电极结构的反射镜垂直。

6.根据权利要求1至5任一项所述的声表面波谐振器，其特征在于，衬底由铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、氮化铝、氧化锌或压电陶瓷制成。

7.根据权利要求1至5任一项所述的声表面波谐振器，其特征在于，叉指电极结构由钛、铬、银、铜、钼、铂、钨和铝中的一种或多种金属构成。

8.根据权利要求1至5任一项所述的声表面波谐振器，其特征在于，温度补偿层由二氧化硅构成。

9.一种MEMS设备，其特征在于，所述MEMS设备包括如权利要求1至8任一项所述的声表面波谐振器。

说明书

声表面波谐振器、MEMS设备

技术领域

[0001] 本申请涉及谐振器技术领域，例如涉及一种声表面波谐振器、MEMS设备。

背景技术

[0002] 目前，声表面波谐振器中通常会在叉指电极结构的非反射栅区设置并联电容器或串联电感。但是，将电容器或者电感放在非反射栅区会影响声表面波谐振器的声速。

发明内容

[0003] 为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

[0004] 本发明实施例提供一种声表面波谐振器、MEMS设备，以不影响声表面波谐振器的声速。

[0005] 在一些实施例中，声表面波谐振器，包括：衬底，用于声电换能；衬底的外表面设置有叉指电极结构和温度补偿层；叉指电极结构，通过施加电压以激励声电换能；温度补偿层，包裹叉指电极结构；电子元件，位于叉指电极结构的反射栅区；且电子元件部分或全部包裹于温度补偿层中；电子元件包括电感器或电容器。

[0006] 在一些实施例中，温度补偿层内电子元件的设置高度小于预设高度；预设高度为温度补偿层的厚度的一半。

[0007] 在一些实施例中，电子元件为电感器；电感器为方形绕线电感。

[0008] 在一些实施例中，电子元件为电容器；电容器为叉指电极阵列式电容器或平行平板式电容器。

[0009] 在一些实施例中，电容器与叉指电极结构的反射镜平行。

[0010] 在一些实施例中，电容器与叉指电极结构的反射镜垂直。

[0011] 在一些实施例中，衬底由铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、氮化铝、氧化锌或压电陶瓷制成。

[0012] 在一些实施例中，叉指电极结构由钛、铬、银、铜、钼、铂、钨和铝中的一种或多种金属构成。

[0013] 在一些实施例中，温度补偿层由二氧化硅构成。

[0014] 在一些实施例中，MEMS设备包括上述的声表面波谐振器。

[0015] 本发明实施例提供一种声表面波谐振器、MEMS设备。可以实现以下技术效果：通过设置用于声电换能的衬底；在衬底的外表面设置叉指电极结构和温度补偿层。叉指电极结构用于通过施加电压以激励声电换能。温度补偿层包裹叉指电极结构。电子元件包括电感器或电容器。电子元件位于叉指电极结构的反射栅区，且部分或全部包裹于温度补偿层中。这样，将电感器或电容器设置在叉指电极结构的反射栅区，而不是设置在叉指电极结构的非反射栅区，能够不影响声表面波谐振器的声速。

[0016] 以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

[0017] 一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

[0018] 图1是本发明实施例提供的一个声表面波谐振器的结构示意图；

[0019] 图2是本发明实施例提供的一个声表面波谐振器的部分俯视结构示意图；

[0020] 图3是本发明实施例提供的一个声表面波谐振器的侧视结构示意图；

[0021] 图4是本发明实施例提供的另一个声表面波谐振器的部分俯视结构示意图；

[0022] 图5是本发明实施例提供的再一个声表面波谐振器的部分俯视结构示意图；

[0023] 图6是本发明实施例提供的第一种频率响应曲线示意图；

[0024] 图7是本发明实施例提供的第二种频率响应曲线示意图；

[0025] 图8是本发明实施例提供的第三种频率响应曲线示意图；

[0026] 图9是本发明实施例提供的第四种频率响应曲线示意图；

[0027] 图10是本发明实施例提供的第五种频率响应曲线示意图；

[0028] 图11是本发明实施例提供的第六种频率响应曲线示意图；

[0029] 图12是本发明实施例提供的第七种频率响应曲线示意图；

[0030] 图13是本发明实施例提供的第八种频率响应曲线示意图。

[0031] 附图标记：

[0032] 1：衬底；2：叉指电极结构；3：温度补偿层；4：电子元件；5：叉指结构；6：反射栅结构；7：第一金属层；8：第二金属层。

具体实施方式

[0033] 为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。
然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

[0034] 本发明实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

[0035] 本发明实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明实施例中的具体含义。

[0036] 另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

[0037] 除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

[0038] 本发明实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

[0039] 术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

[0040] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0041] 结合图1所示，本发明实施例提供一个声表面波谐振器，包括：衬底1、叉指电极结构2、温度补偿层3和电子元件4。衬底1，用于声电换能；衬底1的外表面设置有叉指电极结构2和温度补偿层3；叉指电极结构2，通过施加电压以激励声电换能；温度补偿层3，包裹叉指电极结构2；电子元件4，位于叉指电极结构2的反射栅区；且电子元件4部分或全部包裹于温度补偿层3中；电子元件4包括电感器或电容器。

[0042] 采用本申请实施例提供的声表面波谐振器，通过设置用于声电换能的衬底；在衬底的外表面设置叉指电极结构和温度补偿层。叉指电极结构用于通过施加电压以激励声电换能。温度补偿层包裹叉指电极结构。电子元件包括电感器或电容器。使电子元件位于叉指电极结构的反射栅区，且部分或全部包裹于温度补偿层中。这样，将电感器或电容器设置在叉指电极结构的反射栅区，而不是设置在叉指电极结构的非反射栅区，能够不影响声表面波谐振器的声速。

[0043] 可选地，叉指电极结构包括：叉指结构、反射栅结构和第一金属层。叉指结构包括两个汇流条和多个电极指。两个汇流条分为第一汇流条和第二汇流条。第一汇流条上垂直连接的电极指为第一电极指。第二汇流条上垂直连接的电极指为第二电极指。第一汇流条和第二汇流条彼此相互平行，第一汇流条的第一电极指和第二汇流条的第二电极指相互交替设置呈叉指状。在反射栅结构和各汇流条上分别设置有第一金属层。其中，反射栅结构包括第一竖条、第二竖条和多个横条。第一竖条和第二竖条平行设置。多个横条相互平行，且多个横条分别与第一竖条垂直连接，同时多个横条分别与第二竖条垂直连接。在第一竖条和第二竖条上分别设置有第一金属层，第一竖条上设置的第一金属层不与第二竖条上设置的第一金属层接触。

[0044] 可选地，叉指电极结构包括：叉指结构、反射栅结构、第一金属层和第二金属层。叉指结构包括两个汇流条和多个电极指。两个汇流条分为第一汇流条和第二汇流条。第一汇流条上垂直连接的电极指为第一电极指。第二汇流条上垂直连接的电极指为第二电极指。第一汇流条和第二汇流条彼此相互平行，第一汇流条的第一电极指和第二汇流条的第二电极指相互交替设置呈叉指状。在反射栅结构和各汇流条上分别设置有第一金属层。其中，反射栅结构包括第一竖条、第二竖条和多个横条。第一竖条和第二竖条平行设置。多个横条相互平行，多个横条分别与第一竖条垂直连接，多个横条分别与第二竖条垂直连接。在第一竖条和第二竖条上分别设置有第一金属层，第一竖条上设置的第一金属层不与第二竖条上设置的第一金属层接触。在电极指的末端区域设置有第二金属层。可选地，将电极指上的电极指末端边缘至距离电极指末端边缘预设长度的区域作为电极指末端区域。第二金属层分散的设置于每个电极指的末端区域，或第二金属层呈条状结构，横跨属于同一侧的电极指的末端区域。

[0045] 在一些实施例中，温度补偿层包裹叉指电极结构。即，温度补偿层部分包裹叉指电极结构，暴露出叉指电极结构的第一金属层。

[0046] 在一些实施例中，反射栅结构所处区域即反射栅区。叉指电极结构中不是反射栅结构所处区域即为非反射栅区。

[0047] 可选地，电子元件为电感器，电感器为方形绕线电感。

[0048] 在一些实施例中，图2为声表面波谐振器的部分俯视示意图。结合图2所示，叉指电极结构包括：叉指结构5、反射栅结构6、第一金属层7和第二金属层8。电子元件4为电感器，电感器为方形绕线电感。衬底1的外表面设置有叉指电极结构和温度补偿层。温度补偿层部分包裹叉指电极结构，暴露出叉指电极结构的第一金属层。方形绕线电感的一部分被包裹于温度补偿层中，方形绕线电感的另一部分设置于温度补偿层上。方形绕线电感的一端连接第一竖条上设置的第一金属层，方形绕线电感的另一端连接第二竖条上设置的第一金属层。第二金属层呈竖条状，设置在电极指的末端区域。这样，将电感器设置在叉指电极结构的反射栅区，而不是设置在叉指电极结构的非反射栅区，能够不影响声表面波谐振器的声速。

[0049] 可选地，电子元件为电容器；电容器为叉指电极阵列式电容器或平行平板式电容器。

[0050] 在一些实施例中，叉指电极阵列式电容器，包括：第三汇流条、第四汇流条、第三电极指和第四电极指。第三汇流条和第四汇流条彼此相互平行。第三汇流条上垂直连接的电极指为第三电极指。第四汇流条上垂直连接的电极指为第四电极指。第三汇流条和第四汇流条彼此相互平行，第三汇流条的第三电极指和第四汇流条的第四电极指相互交替设置呈叉指状。

[0051] 在一些实施例中，衬底1上设置有叉指电极结构2和温度补偿层3。电子元件4位于叉指电极结构的反射栅区，且电子元件4全部包裹于温度补偿层3中。此时，获得如图3所示的声表面波谐振器的侧视示意图。这样，将电子元件设置在叉指电极结构的反射栅区，而不是设置在叉指电极结构的非反射栅区，能够不影响声表面波谐振器的声速。同时，由于常见的电容或者电感通常是由叉指电极实现，从而导致谐振器的尺寸会比较大。在温度补偿层内实现电容或者电感，并不会占据额外的空间，进而能够使得谐振器的尺寸不需要很大。同时也不会影响谐振器的Q值以及有效机电耦合系数。

[0052] 可选地，电容器与叉指电极结构的反射镜平行。在一些实施例中，将叉指电极结构中反射栅结构的多个横条称为反射镜。

[0053] 在一些实施例中，图4为声表面波谐振器的部分俯视示意图。结合图4所示，叉指电极结构包括：叉指结构5、反射栅结构6、第一金属层7和第二金属层8。电子元件4为电容器，电容器为叉指电极阵列式电容器。衬底1的外表面设置有叉指电极结构和温度补偿层。温度补偿层部分包裹叉指电极结构，暴露出叉指电极结构的第一金属层。叉指电极阵列式电容器全部被包裹于温度补偿层中。叉指电极阵列式电容器的第三电极指和第四电极指均与叉指电极结构的反射镜平行。且，第三电极指位于反射栅结构的横条上，覆盖部分横条。第四电极指位于反射栅结构的横条上，覆盖部分横条。第三电极指和第四电极指覆盖的横条不同。叉指电极阵列式电容器的第三汇流条连接第一竖条上设置的第一金属层。叉指电极阵列式电容器的第四汇流条连接第二竖条上设置的第一金属层。第二金属层呈竖条状，设置在电极指的末端区域。这样，将电容器设置在叉指电极结构的反射栅区，而不是设置在叉指电极结构的非反射栅区，能够不影响声表面波谐振器的声速。

[0054] 可选地，电容器与叉指电极结构的反射镜垂直。

[0055] 在一些实施例中，图5为声表面波谐振器的部分俯视示意图。结合图5所示，叉指电极结构包括：叉指结构5、反射栅结构6、第一金属层7和第二金属层8。电子元件4为电容器，电容器为叉指电极阵列式电容器。衬底1的外表面设置有叉指电极结构和温度补偿层。温度补偿层部分包裹叉指电极结构，暴露出叉指电极结构的第一金属层。叉指电极阵列式电容器全部被包裹于温度补偿层中。叉指电极阵列式电容器的第三电极指和第四电极指均与叉指电极结构的反射镜垂直。叉指电极阵列式电容器的第三汇流条连接第一竖条上设置的第一金属层。叉指电极阵列式电容器的第四汇流条连接第二竖条上设置的第一金属层。第二金属层呈竖条状，设置在电极指的末端区域。这样，将电容器设置在叉指电极结构的反射栅区，而不是设置在叉指电极结构的非反射栅区，能够不影响声表面波谐振器的声速。

[0056] 可选地，衬底由铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、氮化铝、氧化锌或压电陶瓷制成。

[0057] 可选地，叉指电极结构由钛、铬、银、铜、钼、铂、钨和铝中的一种或多种金属构成。

[0058] 可选地，温度补偿层由二氧化硅构成。或，温度补偿层由SiN氮化硅、AlN氮化铝、非晶硅或GaN氮化镓等材料叠加SiO2二氧化硅制成。其中，SiN氮化硅、AlN氮化铝、非晶硅、GaN氮化镓等材料接触叉指电极结构，防止淀积SiO2时制作叉指电极结构的金属产生氧化。

[0059] 可选地，温度补偿层内电子元件的设置高度小于预设高度；预设高度为温度补偿层的厚度的一半。温度补偿层内电子元件的设置高度，即衬底接触叉指电极侧的外表面与电子元件之间的距离。

[0060] 在一些实施例中，温度补偿层的厚度为0.3lambda，如1.2um。其中，lambda为谐振器的波长。um为微米。

[0061] 在一些实施例中，设置叉指结构的厚度为0.05lambda。温度补偿层的厚度为1.2um。在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.05um的情况下，获得如图6所示的第一种频率响应曲线示意图。如图6所示，频率响应曲线的Y参数为Y（1，1）。同时，在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.05um的情况下，谐振频率为923MHz。反谐振频率为941MHz。有效机电耦合系数为0.046。谐振器品质因数（Body Q）最大值为1762。在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.1um的情况下，获得如图7所示的第二种频率响应曲线示意图。如图7所示，频率响应曲线的Y参数为Y（2，2）。同时，在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.1um的情况下，谐振频率为924MHz。反谐振频率为935MHz。有效机电耦合系数为0.029。谐振器品质因数最大值为1767。在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.2um的情况下，获得如图8所示的第三种频率响应曲线示意图。如图8所示，频率响应曲线的Y参数为Y（3，3）。同时，在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.2um的情况下，谐振频率为918MHz。反谐振频率为924MHz。
有效机电耦合系数为0.016。谐振器品质因数最大值为1791。在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.25um的情况下，获得如图9所示的第四种频率响应曲线示意图。如图9所示，频率响应曲线的Y参数为Y（4，4）。同时，在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.25um的情况下，谐振频率为914MHz。反谐振频率为918MHz。有效机电耦合系数为0.011。谐振器品质因数最大值为1812。在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.3um的情况下，获得如图10所示的第五种频率响应曲线示意图。如图10所示，频率响应曲线的Y参数为Y（5，5）。同时，在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.3um的情况下，谐振频率为909MHz。反谐振频率为912MHz。
有效机电耦合系数为0.008。谐振器品质因数最大值为1830。在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.4um的情况下，获得如图11所示的第六种频率响应曲线示意图。如图11所示，频率响应曲线的Y参数为Y（6，6）。同时，在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.4um的情况下，谐振频率为898MHz。反谐振频率为900MHz。有效机电耦合系数为0.005。谐振器品质因数最大值为1877。在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.5um的情况下，获得如图12所示的第七种频率响应曲线示意图。如图12所示，频率响应曲线的Y参数为Y（7，7）。同时，在温度补偿层内电子元件的设置高度为0.5um的情况下，谐振频率为887MHz。反谐振频率为888MHz。
有效机电耦合系数为0.003。谐振器品质因数最大值为1927。在温度补偿层内电子元件的设置高度为0um的情况下，获得如图13所示的第八种频率响应曲线示意图。如图13所示，频率响应曲线的Y参数为Y（8，8）。同时，在温度补偿层内电子元件的设置高度为0um的情况下，谐振频率为907MHz。反谐振频率为944MHz。有效机电耦合系数为0.093。谐振器品质因数最大值为1745。根据上述仿真结果可见，随着温度补偿层内电子元件的设置高度不断增加，谐振器的各项性能会逐渐变好。尤其在温度补偿层内电子元件的设置高度小于温度补偿层的厚度的一半的情况下，谐振器的各项性能会更好。

[0062] 本发明实施例提供一种MEMS设备，包括上述的声表面波谐振器。声表面波谐振器，包括：衬底、叉指电极结构、温度补偿层和电子元件。衬底用于声电换能。衬底的外表面设置有叉指电极结构和温度补偿层。叉指电极结构通过施加电压以激励声电换能。温度补偿层包裹叉指电极结构。电子元件位于叉指电极结构的反射栅区，且电子元件部分或全部包裹于温度补偿层中。电子元件包括电感器或电容器。

[0063] 采用本发明实施例提供的MEMS设备，通过设置用于声电换能的衬底；在衬底的外表面设置叉指电极结构和温度补偿层。叉指电极结构用于通过施加电压以激励声电换能。温度补偿层包裹叉指电极结构。电子元件包括电感器或电容器。使电子元件位于叉指电极结构的反射栅区，且部分或全部包裹于温度补偿层中。这样，将电感器或电容器设置在叉指电极结构的反射栅区，而不是设置在叉指电极结构的非反射栅区，能够不影响声表面波谐振器的声速。进而能够提高具有该声表面波谐振器的MEMS设备的声学性能。

[0064] 可选地，MEMS（Micro‑Electro‑MechanicalSystem，微机电系统）设备包括：液位传感器、振荡器、麦克风、射频开关或滤波器等。

[0065] 以上描述和附图充分地示出了本发明的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”（a）、“一个”（an）和“所述”（the）旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”（comprise）及其变型“包括”（comprises）和/或包括（comprising）等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。