复合扩张模式谐振器的制造方法_2

文档序号:8417825阅读:来源:国知局
br>[0037] 图18B展示说明电子装置的系统框图,所述电子装置并有包含頂OD显示元件的三 个元件乘三个元件阵列的基于頂OD的显示器。
[0038] 图19A及19B展示说明包含多个MOD显示元件的显示装置的系统框图。
[0039] 各个图式中的相似参考数字及名称指示相似元件。
【具体实施方式】
[0040] 以下描述是针对出于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而,所属 领域的技术人员将容易认识到,可以许多不同方式应用本文中的教示。所描述的实施方案 可在可经配置以显示图像的任何装置、设备或系统中实施,而不论图像是在运动中(例如, 视频)还是静止的(例如,静态图像),且不论图像为文字的、图形的还是图片的。更确切地 说,预期所描述的实施方案可包含在例如(但不限于)以下各者等多种电子装置中或与例 如(但不限于)以下各者等多种电子装置相关联:移动电话、具多媒体因特网功能的蜂窝式 电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、Bluetooth?装置、个人数据助理(PDA)、无线电 子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本计算机、智能笔记本计算机、平板计 算机、打印机、复印机、扫描器、传真装置、全球定位系统(GPS)接收器/导航仪、摄像机、数 字媒体播放器(例如,MP3播放器)、便携式摄像机、游戏控制台、腕表、时钟、计算器、电视监 视器、平板显示器、电子阅读装置(例如,电子阅读器)、计算机监视器、汽车显示器(包含里 程表及速度计显示器等)、驾驶舱控制及/或显示器、摄像机景观显示器(例如,车辆中的 后视摄像机的显示器)、电子照片、电子布告板或标牌、投影仪、建筑结构、微波、冰箱、立体 声系统、盒式记录器或播放器、DVD播放器、⑶播放器、VCR、收音机、便携式存储器芯片、洗 衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、停车计时器、封装(例如,机电系统(EMS)应用中,包含微机 电系统(MEMS)应用以及非EMS应用)、美观性结构(例如,关于一件珠宝或服装的图像的显 示)及多种EMS装置。本文中的教示还可用于非显示器应用中,例如(但不限于)电子切 换装置、射频滤波器、传感器、加速度计、陀螺仪、运动感测装置、磁力计、用于消费型电子装 置的惯性组件、消费型电子产品的零件、变容器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造工艺 及电子测试装备。因而,所述教示并不希望仅限于图中所描绘的实施方案,而实际上具有广 泛适用性,如所属领域的技术人员将容易显而易见。
[0041] 所揭示实施方案包含声学(或"弹性波")装置的结构及配置的实例,所述装置包 含机电系统(EMS)装置。还揭示有关设备、系统及制造工艺及技术。在一些实施方案中,声 学装置被配置为扩张模式谐振器(DMR)。具体来说,一些实施方案涉及具有谐振器结构的一 或多个横截面平面中的一或多个二维(2D)振动模式的横截面DMR(XDMR)。也就是说,是在 具有沿着谐振器结构的厚度及沿着谐振器结构的侧向宽度或长度的位移及变形的情况下。 一些其它实施方案涉及具有三维(3D)振动模式的DMR,其具有沿着谐振器结构的厚度-宽 度横截面及厚度-长度横截面两者的位移及变形。一些实施方案涉及包含复合转换层的 XDMR或其它声学装置,所述复合转换层包含多个构成层。在一些实施方案中,复合转换层的 多个构成层包含各自由第一压电材料形成的一或多个第一压电层的第一集合。在一些实施 方案中,复合转换层的多个构成层还包含各自由第二压电材料形成的一或多个第二压电层 的第二集合。在一些实施方案中,构成层的上表面是共平面的。在一些此类实施方案中,多 个此XDMR或其它声学装置或此XDMR或其它声学装置的阵列可产生于单个衬底上,且选择 性地指定声学或其它机电特性,同时还具有均一高度。
[0042] 一些实施方案还包含用于选择性地指定或调谐此XDMR或其它声学装置的一或多 个声学或机电特性(例如,一或多个2D或3D振动模式的一或多个特性)的方法、过程或技 术的实例。举例来说,本文中所描述的XDMR及其它声学装置的一或多个声学或其它机电特 性可通过选择第一压电材料,选择第二压电材料及选择性地布置第一及第二压电层来选择 性地指定。举例来说,可选择一或多个第一压电层的相应宽度、一或多个第二压电层的相应 宽度、第一压电层的数目、第二压电层的数目及第一及第二压电层的周期性来达成所要声 学或其它机电特性。在一些其它实施方案中,一或多个其它材料层或空隙可经布置有第一 及第二压电层以达成所要声学或其它机电特性。
[0043] 本发明中所描述的标的物的特定实施方案可经实施以实现以下可能优势中的一 或多者。一些实施方案使得能够在单个衬底上以批次或衬底层级制造具有独立或以其它方 式选择性地指定的声学或其它机电特性的多个薄膜声波装置。一些实施方案使得能够在相 同衬底上共同制造处理多个独立频率但共享相同均一高度的声波滤波器的阵列,所述滤波 器阵列各自并有本文中所描述的一或多个XDMR或其它声学装置。举例来说,在一些实施方 案中,可在装置的制造期间通过选择性地调整压电层的第一集合或压电层的第二集合的所 有压电层的组合宽度与转换层的整个宽度的比率来指定或调谐每一装置的谐振频率。通 常,许多实施方案实现了组件计数降低及集成机会的显著改进。另外,所揭示的XDMR还提 供比在一些常规谐振器的情况下的可能机电耦合高的机电耦合k t2。
[0044] 在转换层内,将电能转换成机械能(例如,振动或弹性波),且反之亦然。在一些 此类实施方案中,机电转换机制可为压电。在其它此类实施方案中,机电转换机制可为静电 (例如经静电转换的硅(Si))。在一些其它实施方案中可使用的其它转换机制的实例包含 电磁、光电及热电,以及其它机制。
[0045] 本文中所描述的装置的声学及机电特性可由材料性质及装置尺寸确定。举例来 说,薄膜声波谐振器的自然谐振频率由其构成层的材料性质以及一或多个特性几何尺寸两 者确定。举例来说,在确定弹性("声")波通过其中出现转换或传播的压电材料或其它结 构材料的传播速度时,材料性质通常具有较大贡献。另一方面,在确定所述波在何种波长处 可形成压电材料层或其它结构材料层中的驻波图案时,一或多个特性几何尺寸通常具有较 大贡献(所述波长对应于装置的"谐振频率")。在XDMR中,特性尺寸为转换层的厚度,且 通常为转换层的宽度。另外或替代地,长度也可以是特性尺寸。
[0046] 在本文中所描述的XDMR、DMR或其它声学装置的各种实施方案中,电极通常安置 成与转换层接触或接近转换层。举例来说,电极可位于转换层的一或多个压电或其它层的 相同表面上或相对表面上。将在电极之间施加的电场转换成压电材料中的机械应变。举例 来说,可将时间变化电信号提供到DMR的输入电极且转换成对应时间变化机械运动。可将 此机械能的一部分传递回到输入电极处或输出电极处的电能。产生转换层中的机械位移的 最大实质放大的输入电信号的频率通常被称作DMR的谐振频率。通常,转换层的振动模式 由转换层的硬度系数(即,各向同性介质中的杨氏模量)、压电系数、质量密度及一或多个 特性尺寸指定。
[0047] 可使用经压缩的指标记法将使正应变与正应力相关的硬度系数表达为cn、c 22及 C33。举例来说,cn量化沿着水平"1"或"X"方向(例如,沿着压电层的宽度)的正应力与 沿着X方向的正应变的比率。类似地,c22量化沿着水平"2"或"y"方向(例如,沿着压电 层的长度)的正应力与沿着y方向的正应变的比率。类似地,c 33量化沿着垂直"3"或"z" 方向(例如,沿着压电层的厚度)的正应力与沿着z方向的正应变的比率。在一些状况下, 沿着各向异性介质的特定方向的弹性响应可使用等效硬度或杨氏模量来表示。
[0048] 类似地,压电系数可使用经压缩的指标记法来表达。举例来说,d33压电系数响应 于在z方向上施加的电场量化在垂直3或z方向上的正应变。类似地,(1 31压电系数响应于 在Z方向上施加的电场量化在水平1或X方向上(例如,沿着压电层的宽度)的正应变, 而'压电系数响应于在z方向上施加的电场量化在水平2或y方向上(例如,沿着压电层 的长度)的正应变。一些其它压电系数包含d24系数(与响应于在y方向上施加的电场的 yz_剪切位移相关联)及d 15系数(与响应于在x方向上施加的电场的xz-剪切位移相关 联)。
[0049] 图1展示包含复合转换层102的XDMR结构100的一部分的横截面透视图。结构 100包含第一(或上部)导电层104,所述第一导电层包含一或多个第一电极。结构100还 包含第二(或下部)导电层106,所述第二导电层包含沿着z轴从上部导电层104偏移的 一或多个第二电极。转换层102安置在上部导电层104与下部导电层106之间。在此实例 中,转换层102具有上表面108及与上表面108相对的下表面110。在此实例中,转换层102 的上表面108与上部导电层104接触,且转换层102的下部表面110与下部导电层106接 触。
[0050] 转换层102具有包含以下各者的尺寸:沿着x轴定向的宽度W、沿着垂直于x轴的 y轴定向的长度L及沿着垂直于x轴及y轴的z轴的厚度T。虽然图1的转换层112表示为 具有沿着相应x、y及z轴定向的尺寸(如上文所描述)的矩形棱柱或立方体,但应理解此 表示仅是为了说明性目的。宽度W及长度L为侧向距离D的实例,其通常位于沿着x轴及 y轴的平面中。厚度T及侧向距离D的比率T/D可经配置以响应于被提供到上部及下部导 电层104及106中的电极中的一或多者的信号提供具有沿着z轴的垂直位移及沿着垂直于 z轴的侧向平面的侧向位移的转换层102的2D振动模式。举例来说,侧向位移可在一些实 例中沿着x轴,在一些其它实例中沿着y轴,或沿着从x及y轴偏移的方向。举例来说,可 将具有致使结构100以谐振频率振动的频率的输入AC信号112提供到上部导电层104的 一或多个电极及/或下部导电层106的一或多个电极。具有谐振频率的所得输出信号114 可由上部导电层104的一或多个电极及/或由下部导电层106的一或多个电极感测到。
[0051] 在一些实施方案中,上部及下部导电层104及106中的一者或两者分别覆盖安置 有导电层的上表面及下表面108及110的实质部分。在图1的实例中,一或多个电极的上 部导电层104覆盖转换层102的上表面108的实质部分,且一或多个电极的下部导电层106 覆盖转换层102的下表面110的实质部分。在一些实施方案中,相应表面108或110的表 面积的大于约50%及高达约100%由相应导电层的电极覆盖。在大多数状况下,导电层所 覆盖的表面108或110越多,机电耦合k t2越大。
[0052] 虽然图1的XDMR结构100为双端口谐振器(也就是说,具有被递送到由上部导电 层104表不的输入端子的输入信号112及被提供到由下部导电层106表不的输出端子的输 出信号114),但可通过单端口谐振器获得如本文中所描述的相同或类似2D及3D振动模式。 举例来说,在替代实施方案中,下部导电层106耦合到接地,且上部导电层104充当既递送 输入信号又感测输出信号的信号终端。在此些实施方案中,上部导电层104可包含递送输 入信号的一或多个电极及感测到输出信号的一或多个其它电极。
[0053] 如上文所描述,本文中所描述的复合转换层包含多个构成层,所述构成层包含一 或多个压电层。在图1中所描绘的实例实施方案中,制造转换层102以包含三个构成压电 层。转换层102包含由第一压电材料形成的第一层116、由第二压电材料形成的第二层118 及由第一压电材料形成的第三层120。所有构成层116、118及120具有大约共平面的上表 面。第一压电材料的特征在于硬度系数的第一集合、压电系数的第一集合及第一质量密度。 第二压电材料的特征在于硬度系数的第二集合、压电系数的第二集合及第二质量密度。举 例来说,第一压电材料可为氧化锌(ZnO)。在一些此类实施方案中,第二压电材料可为氮化 铝(A1N)。
[0054] 在一些实施方案中,在转换层102的制造期间通过选择性地设计或配置第二压电 层118的宽度《 2与转换层102的总宽度W的比率控制XDMR结构100的振动模式及谐振频 率。更确切地说,转换层102的振动模式及谐振频率取决于整个转换层102的有效硬度系 数、有效压电系数及有效质量密度、厚度T及在一些实施方案中总宽度W(在例如FBAR等一 些其它厚度-模式实施方案中,宽度W可不为振动模式及谐振频率中的因子)。整个转换 层102的有效硬度系数、有效压电系数及有效质量密度又取决于构成层116、118及120的 相对体积,且可能取决于那些体积的布置。因为在图1中所示的实例中,所有构成层116、 118及120的长度等于L,且因为所有构成层116、118及120的厚度等于T,所以结果为整个 转换层102的有效硬度系数、有效压电系数及有效质量密度分别
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