声电隔离器的制作方法

专利名称：声电隔离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及结合了带有声谐振电绝缘体的单一绝缘解耦堆叠体声波谐振器的声电隔离器。
背景技术：
电隔离器(galvanic isolator)允许信息信号从其输入端通到其输出端，但是在其输入端与其输出端之间没有导电路径。没有导电路径使电隔离器可以防止不期望的电压在其输入端与其输出端之间通过。严格地说，电隔离器只阻挡直流(DC)电压，不过通常的电隔离器也会另外阻挡交流(AC)电压，例如电力线处的音频电压。电隔离器的一种示例是数据耦合器，它使高数据率的数字信息信号通过，但是会阻挡DC电压，另外还阻挡低频AC电压。
数据耦合器的一种示例是光隔离器，例如Agilent Technologies，Inc.销售的光隔离器。在光隔离器中，由发光二极管(LED)将电信息信号转换为光信号。光信号经过不导电的光传输介质(通常是空气隙或光波导)，并由光检测器接收。光检测器将光信号转换回电信号。是因为光信号可以通过不导电的光传输介质，而不需要金属导体，所以提供了电隔离功能。
其他的数据耦合器包括由第一线圈磁耦合到第二线圈所组成的变压器。使电信息信号经第一线圈通过会将电信息信号转换为磁通量。磁通量经空气或不导电的磁材料通到第二线圈。第二线圈将磁通量转换回电信号。变压器允许高数据率信息信号通过，而阻挡DC电压和低频AC电压的传递。磁通量传输者造成的阻碍足以防止DC电压和低频AC电压从输入端通到输出端。有时也用隔直流电容器来提供类似的隔离功能。
便宜的光隔离器通常由于器件的电容以及光器件的功率限制而将数据率限制在约10Mb/s。采用变压器方式需要线圈具有大电感同时还要能够传输高数据率的信息信号。这种相互矛盾的需求常常难以兼顾。使用电容器不能在导电路径中提供绝对的隔断，因为信息信号会以电的方式传输通过。更好的解决方案将电信息信号转换为另一种形式的信号(例如光或磁通量)，然后将这种另外形式的信号转换回电信号。这样可以消除输入端与输出端之间的电路径。
许多数据传输系统以100Mb/s的速度工作。需要一种能够以100Mb/s或更高速度工作的紧凑、便宜的电隔离器。

发明内容
本发明在第一方面提供了一种声电隔离器。声电隔离器的实施例包括载波信号源、被连接以接收信息信号和载波信号的调制器、解调器、以及连接在调制器与解调器之间的电隔离声耦合器。声耦合器只包括一个绝缘解耦堆叠体声波谐振器(IDSBAR)，IDSBAR具有声谐振电绝缘体。
在IDSBAR的第一实施例中，IDSBAR包括第一薄膜体声波谐振器(FBAR)、堆叠在第一FBAR上的第二FBAR、以及位于这些FBAR之间的第一声解耦器、声谐振电绝缘体和第二声解耦器。在这种第一实施例中，声谐振电绝缘体包括电绝缘材料构成的四分之一波层，并位于第一声解耦器与第二声解耦器之间。
在IDSBAR的第二实施例中，声谐振电绝缘体是第一声谐振电绝缘体，IDSBAR还包括第一FBAR、堆叠在第一FBAR上的第二FBAR以及依次位于这些FBAR之间的第一声谐振电绝缘体、声解耦器和第二声谐振电绝缘体。在这种第二实施例中，每个声谐振电绝缘体是半波声谐振电绝缘体，并包括电绝缘材料构成的半波层。
在第二方面，本发明提供了一种用于对信息信号进行电隔离的方法。该方法的实施例包括提供电隔离声耦合器的步骤，电隔离声耦合器包括不多于一个绝缘解耦堆叠体声波谐振器(IDSBAR)，IDSBAR包括声谐振电绝缘体；提供载波信号的步骤；用信息信号对载波进行调制以形成调制电信号的步骤；经过电隔离声耦合器对调制电信号进行声耦合的步骤；以及从经过电隔离声耦合器声耦合的调制电信号恢复信息信号的步骤。
基于单一IDSBAR的电隔离声耦合器体积小巧，制造便宜，还能够对数据率超过100Mbit/s的信息信号进行声耦合，并在其输入端与其输出端之间具有很大的击穿电压。


图1是示出根据本发明一种实施例的声电隔离器的框图。
图2是示出声耦合器一种示例的原理图，所述声耦合器可以用作图1所示声电隔离器的电隔离声耦合器。
图3是示出根据本发明第一实施例的声耦合器的原理图，所述声耦合器可以用作图1所示声电隔离器的电隔离声耦合器。
图4的曲线图示出形成图3所示声耦合器一部分的绝缘解耦堆叠体声波谐振器(IDSBAR)一种示例性实施例的频率响应特性。
图5A是图3所示声耦合器一种实际示例的俯视图。
图5B和图5C分别是沿图5A所示断面线5B-5B和5C-5C的剖视图。
图6A是图5B中标有6A的部分的放大图，示出了声解耦器的第一实施例。
图6B是图5B中标有6A的部分的放大图，示出了声解耦器的第二实施例。
图7是示出根据本发明第二实施例的声耦合器一种示例的原理图，所述声耦合器可以用作图1所示声电隔离器的电隔离声耦合器。
图8A是图7所示声耦合器一种实际示例的俯视图。
图8B和图8C分别是沿图8A所示断面线8B-8B和8C-8C的剖视图。
图9是示出根据本发明一种实施例用于对信息信号进行电隔离的方法一种示例的流程图。
具体实施例方式
图1是示出根据本发明一种实施例的声电隔离器10的框图。声电隔离器10在其输入端子和其输出端子之间传输电信息信号SI，同时在其输入端子与其输出端子之间提供电隔离。声电隔离器10不仅为DC信号提供电隔离，而且提供AC电隔离。电信息信号SI通常是高数据率的数字式数据信号，但也可以是模拟信号。在一种应用中，电信息信号SI是100Mbit/s的以太网信号。
在所示的示例中，声电隔离器10由本地振荡器12、调制器14、电隔离声耦合器16和解调器18组成。在所示的示例中，本地振荡器12是电载波信号SC的源。调制器14的输入端被连接为从声电隔离器10的输入端子22、24接收电信息信号SI，并从本地振荡器12接收载波信号SC。调制器14的输出端连接到电隔离声耦合器16的输入端26、28。
电隔离声耦合器16的输出端32、34连接到解调器18的输入端。解调器18的输出端连接到声电隔离器10的输出端子36、38。
电隔离声耦合器16具有带通频率响应，这将在下面参考图4进行详细说明。本地振荡器12产生载波信号SC，其名义频率位于电隔离声耦合器16的通带中心。在声电隔离器10的一种示例性实施例中，电隔离声耦合器16的通带中心位于频率为1.9GHz处，本地振荡器12产生频率为1.9GHz的载波信号SC。本地振荡器12将载波信号SC馈送到解调器14的载波信号输入端。
调制器14从输入端子22、24接收电信息信号SI并用电信息信号SI对载波信号SC进行调制，从而产生调制电信号SM。通常，调制电信号SM是依照电信息信号SI调制过的载波信号SC。可以使用任何适当的调制方案。在一种示例中，载波信号由电信息信号SI进行幅值调制，电信息信号SI是数字信号，具有分别代表0和1的低电平和高电平，在这种示例中，调制电信号SM具有小幅值和大幅值，它们分别代表电信息信号中的0和1。
如下面将要更详细说明的，电隔离声耦合器16将调制电信号SM从其输入端26、28声耦合到其输出端32、34，从而向解调器18的输入端提供电输出信号SO。电输出信号SO类似于调制电信号SM，即，它是具有与载波信号SC相同的频率、与调制电信号SM相同的调制方案以及与电信息信号SI相同的信息内容的调制电信号。解调器18对电输出信号SO进行解调以恢复电信息信号SI作为复原的电信息信号SR。复原的电信息信号SR是从解调器18到输出端子36、38的输出。
如本领域所知，解调器18包括检测器(未示出)，该检测器由电输出信号SO恢复电信息信号SI。在一种示例中，检测器对电输出信号SO进行整流和积分以恢复电信息信号SI。对于电信息信号SI是数字信号的应用，在期望用于这些应用的一种实施例中，解调器18通常还在检测器之后另外包括时钟和数据恢复(CDR)电路。CDR电路用于对从电输出信号SO中恢复的原始电信息信号波形进行清理以产生复原的电信息信号SR。解调器向声电隔离器10的输出端子36、38提供复原的电信息信号SR。
适于用作声电隔离器10中本地振荡器12、调制器14和解调器18的电路是本领域公知的。因此，不再对本地振荡器12、调制器14和解调器18进行更详细的描述。
在图1所示的实施例中将本地振荡器12示为声电隔离器10的一部分。在其他实施例中，声电隔离器10不带本地振荡器，而是具有载波信号输入端子(未示出)，声电隔离器经过该输入端子从外部载波信号发生器接收载波信号SC。在这样的实施例中，载波信号输入端子为声电隔离器提供载波源。
现在将对根据本发明的实施例可用作声电隔离器10中电隔离声耦合器16的声耦合器进行说明。如下面将参考图4详细说明的那样，这些实施例都具有带通频率响应。声耦合器的通带用中心频率和带宽来表征。通带的带宽确定了可以由声耦合器进行声耦合的信息信号最大数据率。为了简单起见，将把声耦合器的通带中心频率称为“声耦合器的中心频率”。如下面会更详细说明的，声耦合器的实施例是部分由各种传声材料的层组成的，这些层的厚度取决于声信号在传声材料中的波长，所述声信号的频率名义上等于声耦合器的中心频率。在图1所示声电隔离器10中，载波信号SC的频率名义上等于用作电隔离声耦合器16的声耦合器的中心频率。
在本发明中，“四分之一波层”将用于表示这样的传声材料层，该层的名义厚度t等于声信号在材料中波长的四分之一的奇数倍，其中所述声信号的频率名义上等于声耦合器的中心频率，即t≈(2m+1)λn/4(1)其中λn为上述传声材料中声信号的波长，m为大于或等于零的整数。四分之一波层的厚度可以与名义厚度相差λn/4的约±10％。也可以使用这个容限范围之外的厚度，但性能会有些差，不过四分之一波层的厚度应当总是与λn/2的整数倍差别显著。
此外，本发明中，在上述术语“四分之一波层”前加上表示四分之一波长数目的数字来表示这样的四分之一波层，该层的厚度等于上述声信号在材料层中波长四分之一的具体倍数。例如，术语“一倍四分之一波层”将用于表示这样的传声材料层，其名义厚度t等于声信号在材料中波长的四分之一，即t≈λn/4(式(1)中m＝0)，其中所述声信号的频率等于声耦合器的中心频率。一倍四分之一波层是具有最小可能厚度的四分之一波层。与之类似，三倍四分之一波层的名义厚度t等于上述声信号在材料中波长的四分之三，即t≈3λn/4(式(1)中m＝1)。
术语“半波层”将用于表示这样的传声材料层，该层的名义厚度t等于声信号在材料中波长一半的整数倍，其中所述声信号的频率名义上等于声耦合器的中心频率，即t≈nλn/2(2)其中n为大于零的整数。半波层的厚度可以与名义厚度相差λn/2的约±10％。也可以使用这个容限范围之外的厚度，但性能会有些差，不过半波层的厚度应当总是与λn/4的奇数倍差别显著。可以在术语“半波层”前加上数字来表示这样的半波层，该层的厚度等于上述声信号在材料层中波长一半的具体倍数。
声电隔离器以及作为其组成部分的电隔离声耦合器用“击穿电压”来表征。声电隔离器的击穿电压是这样的电压，当在声电隔离器的输入端子与输出端子之间施加该电压时，会造成大于阈值泄漏电流的泄漏电流流过。在像本发明中这样具有多个输入端子和多个输出端子的声电隔离器中，通过将输入端子彼此电连接、输出端子也彼此电连接来测量击穿电压。电隔离声耦合器的击穿电压是这样的电压，当在声谐振电绝缘体的输入端与输出端之间施加该电压时，会造成大于阈值泄漏电流的泄漏电流流过。在像本发明中这样具有多个输入端和多个输出端的电隔离声耦合器中，通过将输入端彼此电连接、输出端也彼此电连接来测量击穿电压。阈值泄漏电流取决于具体应用情况，通常在微安量级。
图2是John D.Larson III的上述题为“Acoustic Galvanic IsolatorIncorporating Single Decoupled Stacked Bulk Acoustic Resonator”的、转让给本申请的受让人并通过引用而结合于此的美国专利申请(Agilent律师号No.10051180-1)中公开的电隔离声耦合器一种示例性实施例100的示意图。声耦合器100包括单一的解耦堆叠体声波谐振器(DSBAR)106、输入端26和28、输出端32和34、将DSBAR 106连接到输入端26和28的电路140以及将DSBAR 106连接到输出端32和34的电路141。DSBAR106中结合了电绝缘声解耦器130，后者在输入端26、28与输出端32、34之间提供电隔离。
在用作图1所示声电隔离器10中的电隔离声耦合器16时，声耦合器100将调制电信号SM从输入端26、28声耦合到输出端32、34，同时在输入端26、28与输出端32、34之间提供电隔离。因此，声耦合器100有效地将输出端子36、38与输入端子22、24电隔离开来，并使输出端子与输入端子在电压方面可以具有高达其额定击穿电压的电压差异。
DSBAR 106由下部薄膜体声波谐振器(FBAR)110、堆叠在FBAR110上的上部FBAR 120以及下部FBAR 110和上部FBAR 120之间的电绝缘声解耦器130组成。FBAR 110由相对的平面电极112和114以及电极之间的压电元件116组成。FBAR 120由相对的平面电极122和124以及电极之间的压电元件126组成。声解耦器130位于FBAR 110的电极114与FBAR 120的电极122之间。
电路140将FBAR 110的电极112和114分别电连接到输入端26、28。电路141将FBAR 120的电极122和124分别电连接到输出端32、34。输入端26、28处接收到的调制电信号SM施加到FBAR 110的电极112与114之间。FBAR 110将调制电信号SM转换为声信号。具体地说，通过电极112和114施加到压电元件116的电压以机械方式使压电元件116变形，这样使FBAR 110以调制电信号的频率进行机械振动。电绝缘声解耦器130将FBAR 110产生的部分声信号耦合到FBAR 120。另外，电绝缘声解耦器130是电绝缘的，因此将FBAR 120与FBAR 110电隔离开。FBAR 120接收声解耦器130耦合来的声信号并将声信号转换回电信号，该电信号出现在压电元件126两端。电信号分别由电极122和124拾取并馈送到输出端32、34作为电输出信号SO。出现在输出端32、34之间的电输出信号SO具有与施加在输入端26、28之间的调制电信号SM相同的频率并包括其信息内容。因此，声耦合器100有效地将调制电信号SM从输入端26、28声耦合到输出端32、34。
声解耦器130对FBAR 110产生的声信号到FBAR 120的耦合进行控制，并因此控制声耦合器100的带宽。具体地说，由于声解耦器与FBAR110和FBAR 120之间的声阻抗基本上不匹配，所以与通过这些FBAR之间的直接接触进行耦合相比，声解耦器更少将FBAR 110产生的声信号耦合到FBAR 120。
在典型实施情况下，声电隔离器10在输入端子22、24与输出端子36、38之间的击穿电压取决于图2所示声耦合器100的击穿电压。在典型实施情况下，声耦合器100的击穿电压取决于电绝缘声解耦器130的击穿电压。在某些实施例中，声解耦器130由声解耦材料的一倍四分之一波层组成。典型声解耦材料的一倍四分之一波层厚度在200nm量级。对于结合了这种声解耦器的声耦合器100的实施例，其击穿电压取决于声解耦层的厚度和声解耦材料的击穿电场。增大声解耦层的厚度可以提高声解耦器的击穿电压，其代价是调制电信号SM从输入端26、28耦合到输出端32、34时的信号完整性降低了。这样会增加从电输出信号SO中成功恢复出复原的电信息信号SR的难度。电输出信号SO的信号完整性变差是由于更厚的声解耦器能支持多个声模式造成的。
在声耦合器100的其他实施例中，声解耦器130由电绝缘布拉格结构组成。对于声解耦器130的实施例中布拉格结构具有多于一个绝缘层的情况，与由单一的声解耦层组成的那些实施例相比，通常具有更高的击穿电压。
某些电隔离器需要在其输入端子与输出端子之间具有高于1千伏的击穿电压。在声耦合器100中，仅由声解耦器130在输入端26、28与输出端32、34之间提供电隔离。以声耦合器100来实现电隔离声耦合器16的那些声电隔离器10的实施例不易满足这种击穿电压要求。
下面将对根据本发明的声耦合器另外的实施例进行说明。这些实施例包括单一的绝缘解耦堆叠体声波谐振器(IDSBAR)，所述IDSBAR具有一个或多个声谐振电绝缘体位于组成IDSBAR的薄膜体声波谐振器(FBAR)之间。一个或多个声谐振电绝缘体在输入端26、28与输出端32、34之间提供的电隔离比上述通过电绝缘声解耦器130所提供的更多。因此，根据本发明这些实施例的声耦合器具有比上面参考图2和图4A-4C所述的声耦合器100大得多的击穿电压。
图3是示出根据本发明第一实施例的声耦合器200一种示例的示意图。声耦合器200包括根据第一绝缘解耦堆叠体声波谐振器(IDSBAR)实施例的IDSBAR 206。根据第一IDSBAR实施例的IDSBAR的最简形式在组成它的FBAR之间依次具有第一声解耦器、四分之一波声谐振电绝缘体和第二声解耦器。根据第一IDSBAR实施例的IDSBAR 206使声耦合器200获得了比上面参考图2所述的声耦合器100大得多的击穿电压。在图3所示的示例中，声耦合器200还包括输入端26和28、输出端32和34、将IDSBAR 206连接到输入端26和28的电路140以及将IDSBAR 206连接到输出端32和34的电路141。
在用作图1所示声电隔离器10中的电隔离声耦合器16时，声耦合器200将调制电信号SM从输入端26、28声耦合到输出端32、34，同时在输入端26、28与输出端32、34之间提供电隔离。因此，声耦合器200有效地将输出端子36、38与输入端子22、24电隔离开来，并使输出端子与输入端子在电压方面可以具有高达其额定击穿电压的电压差异。
图3所示IDSBAR 206的示例性实施例包括下部薄膜体声波谐振器(FBAR)110、堆叠在FBAR 110上的上部薄膜体声波谐振器120、依次位于下部FBAR 110和上部FBAR 120之间的第一声解耦器130、四分之一波声谐振电绝缘体216和第二声解耦器230。IDSBAR 206的其他实施例在FBAR 110与FBAR120之间交错包括两个或更多(n)个四分之一波声谐振电绝缘体和相应数目的(n+1)个声解耦器。
这里将不再对上面参考图2说明的FBAR 110和FBAR 120以及电路140、141进行说明。第一声解耦器130、声谐振电绝缘体216和第二声解耦器230位于FBAR 110的电极 114与FBAR 120的电极122之间。
输入端26、28处接收到的调制电信号SM在FBAR 110的电极112与114之间施加电压。FBAR 110将调制电信号SM转换为声信号，该声信号具有与调制电信号SM相同的频率，即与载波信号SC相同的频率。具体地说，电极112与114施加到压电元件116两端的电压以机械方式使压电元件116变形，这样使FBAR 110以调制电信号SM的频率进行机械振动。第一声解耦器130将FBAR 110响应于调制电信号SM产生的部分声信号耦合到声谐振电绝缘体216。声谐振电绝缘体216构造为以与FBAR 110和FBAR 120相同的频率进行声谐振。声谐振电绝缘体216接收由第一声解耦器130耦合来的声信号并响应于此声信号而振动。第二声解耦器230将部分由声谐振电绝缘体216振动产生的声信号耦合到FBAR 120。FBAR 120接收由第二声解耦器230耦合来的声信号并将声信号转换回电信号。出现在压电元件126两端的输出电信号SO分别由电极122和124拾取并馈送到输出端32、34。出现在输出端32与34之间的电输出信号SO具有与施加在输入端26、28之间的调制电信号SM相同的频率并包括其信息内容。
声谐振电绝缘体216由电绝缘材料的四分之一波层组成。声耦合器200的实施例中，声谐振电绝缘体216为一倍四分之一波层的实施例通常会以最佳的信号完整性将调制电信号SM从输入端26、28耦合到输出端32、34。
声谐振电绝缘体216将FBAR 120与FBAR 110电隔离开来。通常，声解耦器130和230也是电隔离的，因此在FBAR 110与FBAR 120之间提供了另外的电绝缘性能。因此，声耦合器200有效地将调制电信号SM从输入端26、28耦合到输出端32、34，但是将输出端32、34与输入端26、28电隔离开来。
声谐振电绝缘体216的电绝缘材料通常是与FBAR 110和FBAR 120声阻抗匹配的电介质或压电材料。例如，声谐振电绝缘体216可以由分别与FBAR 110、120的压电元件116、126相同的材料制造。在声谐振电绝缘体216与压电元件116、126声阻抗不同的实施例中，这些声阻抗的差异基本上小于一个数量级。在一种示例中，这些声阻抗之比小于2。在一种实施例中声谐振电绝缘体216的材料与压电元件116、126的材料不同，该实施例中声谐振电绝缘体216的材料例如是电介质。适用于声谐振电绝缘体216的电介质材料包括氧化铝Al2O3和非压电氮化铝AlN。
尽管声谐振电绝缘体216最好是一倍四分之一波层，但是在声谐振电绝缘体216的典型压电材料和电介质材料中，声音的速度比在声解耦器130、230的材料中高得多。因此，以例如一倍四分之一波层的氮化铝作为声谐振电绝缘体216，其厚度约为典型声解耦材料的一倍四分之一波层的七倍。结果，输入端26、28与输出端32、34之间一定的电压施加在声谐振电绝缘体216的这种实施例两端时，与施加在图2所示声耦合器100的声解耦器130两端时相比，产生的电场小得多。因此，声耦合器200通常具有比图2所示声耦合器100大得多的击穿电压。
在声耦合器200中，第一声解耦器130对FBAR 110产生的声信号到声谐振电绝缘体216的耦合进行控制，第二声解耦器230对声信号从声谐振电绝缘体216到FBAR 120的耦合进行控制。声解耦器130、230共同限定了声耦合器200的带宽。具体地说，由于第一声解耦器130一方面与FBAR 110之间的声阻抗基本上不匹配，另一方面与声谐振电绝缘体216之间的声阻抗基本不匹配，所以与通过FBAR 110与声谐振电绝缘体216之间的直接接触进行耦合相比，声解耦器130更少将声信号从FBAR 110耦合到声谐振电绝缘体216。与之类似，由于第二声解耦器230一方面与声谐振电绝缘体216之间的声阻抗基本上不匹配，另一方面与FBAR 120之间的声阻抗基本不匹配，所以与通过声谐振电绝缘体216与FBAR 120之间的直接接触进行耦合相比，声解耦器230更少将声信号从声谐振电绝缘体216耦合到FBAR 120。这两个声解耦器130、230使声耦合器200的带宽与上面参考图2所述的、具有单一声解耦器130的声耦合器100相比，多少要窄一些。
图4示出了IDSBAR 206一种示例性实施例的频率响应特性。IDSBAR 206在大于100MHz的通带宽度中显示出了平坦的带内响应，其宽度足以传输调制电信号SM一种实施例的整个带宽，所述调制电信号SM是用数据率高于100Mbit/s的电信息信号SI对载波信号SC进行调制得到的。IDSBAR 206的频率响应还在通带之外显示出了陡峭的下降。
图5A是示出声耦合器200一种示例性实施例结构的平面图。图5B和图5C是分别沿图5A中所示断面线5B-5B和5C-5C的剖视图。在图3与图5A-5C中，采用相同的标号来标记声耦合器200的元件。
在图5A-5C所示声耦合器200的实施例中，IDSBAR 206悬在衬底102中限定的腔104上方。将IDSBAR 206悬在腔上方使组成IDSBAR 206的堆叠FBAR 110、120以及声谐振电绝缘体216可以响应于调制电信号SM进行机械谐振。也可以采用使堆叠FBAR和声谐振电绝缘体可以机械共振的其他悬置方案。例如，IDSBAR 206可以通过声布拉格反射器(未示出)与衬底102声隔离，像John D.Larson III等在题为“Cavity-Less FilmBulk Acoustic Resonator(FBAR)Devices”的美国专利申请公开No.20050104690中所述那样，该申请转让给了本发明的受让人并通过引用而结合于此。
在某些实施例中，衬底102的材料是单晶硅。但是，由于单晶硅是半导体，并因此不是良好的电绝缘体，所以衬底102通常像图5A-5C所示的示例一样，由单晶硅的基底层101与位于基底层主要表面上的电介质材料绝缘层103组成。绝缘层的示例性材料包括氮化铝、氮化硅、聚酰亚胺、交联聚亚苯基聚合物以及任何其他合适的电绝缘材料。绝缘层103使IDSBAR 206和电路140、141(见图3)与基底层101绝缘。或者，衬底102的材料可以是陶瓷材料，例如具有很高电阻率和击穿电场的氧化铝。
在图5A-5C所示的声耦合器200实施例中，图3所示的输入端26、28是用分别位于衬底102主要表面上的端子焊盘26、28来实现的。图3所示电路140由电迹线133和电迹线135组成，电迹线133从端子焊盘26到FBAR 110的电极112延伸，电迹线135从端子焊盘28到FBAR 110的电极114延伸。电迹线133在衬底102的部分主要表面上方以及部分压电元件116下方延伸，电迹线135在衬底102的部分主要表面上方以及部分压电元件116上方延伸。输出端32、34是由位于衬底102主要表面上的端子焊盘32、34实现的。图3所示电路141由电迹线137和电迹线139组成，电迹线137从端子焊盘32到FBAR 120的电极122延伸，电迹线139从端子焊盘34到FBAR 120的电极124延伸。电迹线137在声解耦器230、声谐振电绝缘体216、声解耦器130、压电元件116和衬底102的部分主要表面上方延伸。电迹线139在压电元件126、声解耦器230、声谐振电绝缘体216、声解耦器130、压电元件116和衬底102的部分主要表面上方延伸。
在声电隔离器10的某些实施例中，本地振荡器12、调制器14、电隔离声耦合器16和解调器18是在同一衬底102中或其上制造的。在这些实施例中，通常略去端子焊盘26、28、32、34，并使电迹线133、135延伸来连接到组成部分调制器14的相应迹线，电迹线137、139延伸来连接到组成部分解调器18的相应迹线。
图6A是图5B中标有6A的部分的放大图，示出第一声解耦器130的第一实施例。在图6A所示实施例中，第一声解耦器130由位于FBAR 110的电极114与声谐振电绝缘体216之间、由声解耦材料制成的声解耦层131组成。第二声解耦器230(见图5B)由位于声谐振电绝缘体216与FBAR 120的电极122之间、由声解耦材料制成的声解耦层231组成。现在将对第一声解耦器进行详细说明。下面对声解耦器130的说明也适用于声解耦器230，所以将不再另行说明声解耦器230。
声解耦层131的声解耦材料一方面作为空气与FAR 110、120之间的声阻抗媒质，另一方面作为空气与声谐振电绝缘体216之间的声阻抗媒质。对于声解耦器130在FBAR 110、120之间提供另外电绝缘的实施例，声解耦材料还具有高电阻率和高的击穿电场。
FBAR 110、120的压电元件116、126的压电材料各自通常为氮化铝(AlN)，电极112、114、122、124的材料通常是钼(Mo)。声谐振电绝缘体216某些实施例的材料也是氮化铝。溅射沉积的氮化铝样品测得的击穿电场约为875kV/mm。AlN的声阻抗通常约为35Mrayl，钼的声阻抗约为63Mrayl。空气的声阻抗约为1krayl。
通常，声解耦层131的声解耦材料与组成FBAR 110、120各自的压电元件116、126的压电材料相比，声阻抗要小大约一个数量级。声耦合器200的通带带宽取决于声解耦层131的声解耦材料与FBAR 110和声谐振电绝缘体216的材料之间的声阻抗差异。在FBAR 110材料如上所述的声解耦器200实施例中，声阻抗处于约2Mrayl到约8Mrayl的声解耦材料得到的通带宽度足以使声电隔离器10(见图1)可以以高于100Mb/s的数据率工作。
在图6A所示声解耦器130的实施例中，声解耦器层131是四分之一波层。但是，声解耦层131厚度大于一倍四分之一波层的声耦合器200的实施例通常具有这样的频率响应，即由于这种较厚的声解耦层能够支持多个声模式而表现出杂散响应效果。杂散响应效果往往降低了声耦合器200输出的电输出信号SO的“眼”的张开程度。为了确保声电隔离器10(见图1)输出的复原的电信息信号SR的完整性，对于用厚度大于一倍四分之一波层的层作为声解耦层131的声耦合200实施例，与用一倍四分之一波层(m＝0)作为声解耦层131的声耦合器200实施例相比，通常在解调器18中使用更复杂类型的时钟和数据恢复电路。声解耦层131是一倍四分之一波层的那些声耦合器200实施例可以以最佳的信号完整性将调制电信号SM从输入端26、28耦合到输出端32、34。
在某些实施例中，声解耦层131通过将用于声解耦材料的液体前驱体旋涂到电极114上方来形成。通过旋涂形成的声解耦层通常会由于涂有声解耦材料的表面轮廓而具有厚度不同的区域。在这样的实施例中，声解耦层131的厚度是声解耦层中位于电极114与声谐振电绝缘体216之间那部分的厚度。
许多材料都具有上述范围内的声阻抗，并可以用于上述厚度范围内的均匀厚度的层中。此外，许多材料还是电绝缘性的，并具有高的击穿电场。因此，这样的材料都可能适用于作为声解耦层131的声解耦材料。但是，声解耦材料还必须能够耐受制造操作中的高温，所述制造操作是在已沉积声解耦层131以形成声解耦器130之后进行的。在声解耦器200的实际实施例中，在沉积声解耦材料之后，通过溅射来沉积声谐振电绝缘体216、电极122和124以及压电层126。在这些沉积处理过程中可以达到高达400℃的温度。因此要用在这样的温度下仍保持稳定的材料作为声解耦材料。
与FBAR 110、120和声谐振电绝缘体216的材料相比，通常的声解耦材料具有很高的单位长度声衰减。但是，由于声解耦层131通常小于1μm厚，所以声解耦材料制成的声解耦层131引起的声衰减通常可以忽略。
在一种实施例中，用聚酰亚胺作为声解耦层131的声解耦材料。聚酰亚胺由E.I.Du Pont de Nemours and Company以Kapton的商标出售。在这种实施例中，由通过旋涂而施加到电极114的聚酰亚胺构成的声解耦层131提供声解耦器130。聚酰亚胺具有约4Mrayl的声阻抗和约165kV/mm的击穿电场。
在另一种实施例中，用聚(对二甲苯)作为声解耦层131的声解耦材料。在这种实施例中，由通过真空沉积施加到电极114的聚(对二甲苯)构成的声解耦层131提供声解耦器130。聚(对二甲苯)本领域也称为“聚对二甲苯(Parylene)”。由二聚体前驱体二对二甲苯可以制成聚(对二甲苯)，所述二聚前驱体和用于对聚对二甲苯层进行真空沉积的设备从许多供应商处都可以获得。聚对二甲苯具有约2.8Mrayl的声阻抗和约275kV/mm的击穿电场。
在另一种实施例中，用交联聚亚苯基聚合物作为声解耦层131的声解耦材料。这种实施例中，将前驱体溶液通过旋涂而施加到电极114以得到交联聚亚苯基聚合物，由交联聚亚苯基聚合物构成的声解耦层131提供声解耦器130。交联聚亚苯基聚合物是作为集成电路所用的低介电常数的电介质材料开发的，因此在声谐振电绝缘体216和FBAR 120的后续制造期间声解耦材料所经受的高温下仍保持稳定。交联聚亚苯基聚合物具有约2Mrayl的计算声阻抗。这个声阻抗处于使声耦合器200的通带宽度足以用于在超过100Mbit/s的数据率下工作的范围内。
前驱体溶液含有聚合形成相应的交联聚亚苯基聚合物的各种低聚物，这样的前驱体溶液由The Dow Chemical Company，Midland，MI以SiLK的注册商标出售。通过旋涂来施加前驱体溶液。这些前驱体溶液中名为SiLKTMJ的一种还含有附着力促进剂，由这一种前驱体溶液获得的交联聚亚苯基聚合物具有2.1Mrayl，即约2Mrayl的计算声阻抗。这种交联聚亚苯基聚合物具有约400kV/mm的击穿电场。
用于聚合形成交联聚亚苯基聚合物的低聚物由含有双环戊二烯酮(biscyclopentadienone)和芳族乙炔的单体来制备。采用这些单体形成可溶低聚物不需要过度取代。前驱体溶液含有溶解在γ-丁内酯和环己酮溶剂中的指定低聚物。低聚物在前驱体溶液中的百分比决定了前驱体溶液旋涂时的层厚。在涂敷之后，加热蒸发溶剂，然后使低聚物凝固形成交联聚合物。双环戊二烯酮与乙炔在4+2环加成反应中发生反应形成新的芳香环。进一步凝固得到交联聚亚苯基聚合物。Godschalx等在美国专利No.5,965,679中公开了上述交联聚亚苯基聚合物，该专利通过引用而结合于此。Martin等在Development of Low-Dielectric Constant Polymer for theFabrication of Integrated Circuit Interconnect，12 ADVANCEDMATERIALS，1769(2000)中说明了另外的实施细节，该文章同样通过引用而结合于此。与聚酰亚胺相比，交联聚亚苯基聚合物的声阻抗较小，声衰减较小，介电常数较低，击穿电场较高。此外，前驱体溶液的旋涂层能够产生厚度在200nm量级的高质量交联聚亚苯基聚合物膜，这个厚度是声解耦层131的典型厚度。
在一种可替换实施例中，声解耦层131中提供了声解耦器130的声解耦材料是具有比FBAR 110、120以及声谐振电绝缘体216大得多的声阻抗的材料。现在还没有公开过具有这种特性的材料，但是今后可能会得到这种材料，或者今后也可能得到更低声阻抗的FBAR材料。这种高声阻抗声解耦材料的四分之一波层厚度如上所述。
上面将声解耦层131和声解耦层231说明为相同声解耦材料构成的四分之一波层。但是，声解耦层131和声解耦层231也可以是不同声解耦材料构成的四分之一波层。
图6B是图5B中标有6A的部分的放大图，示出了第一声解耦器130的第二实施例。在图6B所示的实施例中，第一声解耦器130由位于电极114与声谐振电绝缘体216之间的声布拉格结构161组成，第二声解耦器230由位于声谐振电绝缘体216与电极122之间的声布拉格结构(未示出)组成。
现在将对组成第一声解耦器130的声布拉格结构161进行详细说明。下面对第一声解耦器130的说明也适用于第二声解耦器230，所以将不再对声解耦器230进行单独说明。声布拉格结构161包括位于高声阻抗布拉格元件165、167之间的低声阻抗布拉格元件163。声谐振电绝缘体216提供的电隔离使布拉格结构161可以包括所有的导电布拉格元件。但是，如果布拉格元件163、165和167中至少其一包括具有高电阻率、低介电系数和高击穿电场的性能的材料层，则这样的布拉格结构161实施例可以提高声耦合器200的击穿电压。
每个布拉格元件163、165和167都是四分之一波层。低声阻抗布拉格元件163是低声阻抗材料构成的四分之一波层，而每个高声阻抗布拉格元件165、167都是高声阻抗材料构成的四分之一波层。这些布拉格元件的材料的声阻抗用彼此相对的以及相对于压电元件116和126的压电材料的“低”和“高”来表征。
在一种实施例中，低声阻抗布拉格元件163是二氧化硅(SiO2)的四分之一波层，二氧化硅的声阻抗约为13Mrayl，每个高声阻抗布拉格元件165、167分别是与电极114、122相同材料(例如钼)的四分之一波层，钼的声阻抗约为63Mrayl。对高声阻抗布拉格元件165和FBAR 110的电极114采用相同材料使高声阻抗布拉格元件165还可以用作电极114。
在一种示例中，高声阻抗布拉格元件165、167是钼构成的一倍四分之一波层，低声阻抗布拉格元件163是SiO2构成的一倍四分之一波层。在载波SC频率约为1.9GHz的一种实施例中，钼高声阻抗布拉格元件165、167的厚度约为820nm，SiO2低声阻抗布拉格元件163的厚度约为260nm。
用于低声阻抗布拉格元件163的一种可替换材料示例是交联聚亚苯基聚合物，例如上述由Dow Chemical Co.以SiLK的注册商标出售的前驱体溶液制成的交联聚亚苯基聚合物。用于低声阻抗布拉格元件163的可替换材料的其他示例包括氧化锆(ZrO2)、氧化铪(HfO)、钇铝石榴石(YAG)、二氧化钛(TiO2)以及各种玻璃。用于高声阻抗布拉格元件165、167的可替换材料包括例如钛(Ti)、铌(Nb)、钌(Ru)和钨(W)的金属。
在刚刚说明的示例中，布拉格元件163、165和167中只有一个是绝缘的，声耦合器200的击穿电压，以及声电隔离器10的击穿电压由下列因素确定低声阻抗布拉格元件163的厚度、低声阻抗布拉格元件163材料的击穿电场、声谐振电绝缘体216的厚度以及声谐振电绝缘体216材料的击穿电场。
通过使组成布拉格结构161的所有布拉格元件163、165和167都由电绝缘材料来制造，可以提高声耦合器200的击穿电压。在一种示例性实施例中，每个高声阻抗布拉格元件163和167都是二氧化硅构成的四分之一波层，低声阻抗布拉格元件165是交联聚亚苯基聚合物过程的四分之一波层，例如上述由Dow Chemical Co.以SiLK的注册商标出售的前驱体溶液制成的交联聚亚苯基聚合物。但是，二氧化硅具有约30kV/mm的较低击穿电场，由于典型的交联聚亚苯基聚合物中声音速度较低，所以由其构成的四分之一波层较薄。另一种布拉格结构161的全绝缘实施例中击穿电压高得多，在该实施例中，每个高声阻抗布拉格元件是氧化铝(Al2O3)构成的四分之一波层，低声阻抗布拉格元件165是二氧化硅构成的四分之一波层。氧化铝具有约44Mrayl的声阻抗以及几百千伏/mm的击穿电场。另外，声音在氧化铝中的速度比在典型的交联聚亚苯基聚合物中高约7倍。与施加到二氧化硅构成的两个四分之一波层和交联聚亚苯基聚合物构成的一个四分之一波层两端相比，将一定电压施加到氧化铝构成的两个四分之一波层和二氧化硅构成的一个四分之一波层两端造成的电场低得多。
用于布拉格元件163、165和167的可替换电绝缘材料示例包括氧化锆(ZrO2)、氧化铪(HfO)、钇铝石榴石(YAG)、二氧化钛(TiO2)以及各种玻璃。上述示例是基本上以声阻抗的降序列出的。如果用具有较低声阻抗的材料作为低声阻抗布拉格层163的材料，则可以用这些示例中的任意示例作为高声阻抗布拉格层165、167的材料。
对于其中高声阻抗布拉格元件165、167与低声阻抗布拉格元件163之间的声阻抗差较小这样的声解耦器130实施例，布拉格结构161可以由多于一(n)个低声阻抗布拉格元件与相应数目(n+1)个高声阻抗布拉格元件交错组成。例如，布拉格结构161可以由两个低声阻抗布拉格元件与3个高声阻抗布拉格元件交错组成。虽然任何一个布拉格元件都不必是电绝缘的，但是如果布拉格元件中有一个或多个是电绝缘的，则得到的击穿电压更高。
图7是示出根据本发明第二实施例的声耦合器300一种示例的原理图。图8A是示出声耦合器300实际示例的俯视图，图8B和图8C分别是沿图8A中所示断面线8B-8B和8C-8C的剖视图。在图7与图8A-8C中，采用相同的标号来标记声耦合器300的元件。
声耦合器300包括根据第二绝缘解耦堆叠体声波谐振器(IDSBAR)实施例的IDSBAR 306。根据第二IDSBAR实施例的IDSBAR的最简形式具有位于组成它的FBAR之间的第一半波声谐振电绝缘体、单一的声解耦器和第二半波声谐振电绝缘体。根据第二IDSBAR实施例的IDSBAR 306使声耦合器300获得了比上面参考图2所述的声耦合器100以及上面参考图3和图5A-5C所述的声耦合器200大得多的击穿电压。在所示的示例中，声耦合器300还包括输入端26和28、输出端32和34、将IDSBAR306连接到输入端26和28的电路140以及将IDSBAR 306连接到输出端32和34的电路141。
在用作图1所示声电隔离器10中的电隔离声耦合器16时，声耦合器300将调制电信号SM从输入端26、28声耦合到输出端32、34，同时在输入端26、28与输出端32、34之间提供电隔离。因此，声耦合器300有效地将输出端子36、38与输入端子22、24电隔离开来，并使输出端子与输入端子在电压方面可以具有高达其额定击穿电压的电压差异。
图7所示IDSBAR 306的示例性实施例包括下部薄膜体声波谐振器(FBAR)110、堆叠在FBAR 110上的上部薄膜体声波谐振器120、依次位于下部FBAR 110和上部FBAR 120之间的第一半波声谐振电绝缘体316、声解耦器130和第二半波声谐振电绝缘体326。半波声谐振电绝缘体在输入端26、28与输出端32、34之间提供了另外的电绝缘性能而并未削弱从输入端26、28声耦合到输出端32、34的调制电信号SM的信号完整性。此外，半波声谐振电绝缘体316、326的数目有两个，并且厚度是上面参考图3和图5A-5C所述的声谐振电绝缘体216的两倍，因此总共提供的电隔离性能是四分之一波声谐振电绝缘体216所提供电隔离性能的大约四倍。结果，与上面参考图3和图5A-5C所述的、在其他方面类似的声耦合器200实施例相比，声耦合器300的实施例在输入端26、28与输出端32、34之间具有更高的击穿电压。
在图7和图8A-8C所示声耦合器300的示例性实施例中，IDSBAR306包括下部薄膜体声波谐振器(FBAR)110、堆叠在FBAR 110上的上部薄膜体声波谐振器120、依次位于下部FBAR 110和上部FBAR 120之间的半波声谐振电绝缘体316、声解耦器130和半波声谐振电绝缘体326。IDSBAR 306的其他实施例在各个FBAR之间交错包括偶数(2n)个半波声谐振电绝缘体和相应数目的(2n-1)个声解耦器。
这里将不再对上面参考图3和图5A-5C说明的FBAR 110和FBAR120、声解耦器130、电路140、141以及衬底102进行说明。可以用上面参考图6A和图6B说明的声解耦器130的示例性实施例来提供声解耦器130。
现在将对半波声谐振电绝缘体316进行说明。下面的说明也适用于半波声谐振电绝缘体326，所以将不再对半波声谐振电绝缘体326进行单独说明。声谐振电绝缘体316是由电绝缘材料构成的半波层，该材料与FBAR 110、120的名义声阻抗匹配。用一倍半波层作为半波声谐振电绝缘体316的那些实施例通常会以最佳的信号完整性将调制电信号SM从输入端26、28耦合到输出端32、34。
在声耦合器300的中心频率处，半波声谐振电绝缘体316和半波声谐振电绝缘体326是声透明的。半波声谐振电绝缘体316将FBAR 110产生的声信号耦合到声解耦器130，半波声谐振电绝缘体326将声解耦器130传输的声信号耦合到FBAR 120。因此，IDSBAR 306具有与上面参考图3和图5A-5C说明的DSBAR 106类似的信号耦合特性。另外，半波声谐振电绝缘体316、326使FBAR 120与FBAR 110电绝缘。声解耦器130通常也如上所述提供另外的电绝缘性能。因此，声耦合器300有效地将调制电信号SM从输入端26、28声耦合到输出端32、34，而将输出端32、34与输入端26、28电隔离开来。
上面参考图3和图5A-5C所述的、适用于四分之一波声谐振电绝缘体216的材料，也适合用作半波声谐振电绝缘体316、326。因此将不再对半波声谐振电绝缘体316、326的材料进行进一步的说明。
半波声谐振电绝缘体316的厚度是上述四分之一波声谐振电绝缘体216的两倍，并有两个半波声谐振电绝缘体316、326将FBAR 120与FBAR 110分开。结果，对于输入端26、28与输出端32、34之间一定的电压，在施加到半波声谐振电绝缘体316、326和声解耦器130两端时，与施加到图2所示声耦合器100实施例中的声解耦器130两端时相比，或者与施加到图3所示声耦合器200实施例中的声解耦器130、230和四分之一波声谐振电绝缘体216两端时相比，产生的电场低得多。因此，声耦合器300通常比图2所示声耦合器100和图3所示声耦合器200具有高得多的击穿电压。
通过晶片级制造，一次制造几千个与声电隔离器10相似的声电隔离器。这种晶片级制造使声电隔离器制造便宜。对晶片进行选择性的刻蚀，在晶片上将要制造各个电隔离器声耦合器16的位置处限定腔。用牺牲材料填充腔并将晶片表面平面化。用传统的半导体制造处理，在晶片表面中和表面上制造要在晶片上制造的各个声电隔离器的本地振荡器12、调制器14和解调器16。然后用保护层覆盖制造出的电路元件。用于保护层的示例性材料是氮化铝和氮化硅。
此后通过对下列层依次进行沉积和图案化来制造上面参考图5A-5C所述的声耦合器200的实施例电极材料的第一层、压电材料的第一层、电极材料的第二层、声解耦材料的第一层或第一声布拉格结构的层、电绝缘材料的四分之一波层、声耦合材料的第二层、电极材料的第三层、压电材料的第二层和电极材料的第四层。这些层形成了各个声耦合器的IDSBAR以及电路。电路还将IDSBAR连接到调制器14和解调器18上的暴露连接点。
通过对下列层依次进行沉积和图案化来制造上面参考图8A-8C所述的声耦合器300的实施例电极材料的第一层、压电材料的第一层、电极材料的第二层、电绝缘材料的第一半波层、声解耦材料层或声布拉格结构层、电绝缘材料的第二半波层、电极材料的第三层、压电材料的第二层和电极材料的第四层。这些层形成了各个声耦合器的IDSBAR以及电路。电路还将IDSBAR连接到调制器14和解调器18上的暴露连接点。
在制造声耦合器之后，除去牺牲材料，使作为组成部分的各个IDSBAR悬在其相应的腔上方。位置119处所示的操作孔119使得可以对牺牲材料进行操作以便将其除去。然后从制造出的电路元件除去保护材料。之后将衬底划分为一个个与声电隔离器10相似的声电隔离器。美国专利申请公开No.20050140466中更详细地说明了可用于制造DSBAR的示例性工艺，该申请转让给了本发明的受让人并通过引用而结合于此，可以采用该工艺来制造上述声电隔离器的IDSBAR。
或者，声耦合器200或300可以在不同于其上制造了本地振荡器12、调制器14和解调器18的晶片的晶片上制造。在此情况下，可以用晶片键合工艺连接各个晶片以形成与下述结构类似的结构从而制造声电隔离器，所述结构是John D.Larson III等参考美国专利申请公开No.20050093659的图8A-8E说明的，该申请转让给了本发明的受让人并通过引用而结合于此。
在再一种可替换形式中，本地振荡器12、调制器14和声耦合器200或300在一个晶片上制造，相应的解调器18在另外的晶片上制造。然后像刚说明的那样将这些晶片键合在一起以形成声电隔离器。或者，在一个晶片上制造本地振荡器12和调制器14，并在另外的晶片上制造声耦合器200或300以及解调器18。然后像刚说明的那样将这些晶片键合在一起以形成声电隔离器。
在适用于本申请的另一种可替换形式中，规定声电隔离器在输入端22、24与输出端36、38之间具有大的击穿电压，并在半导体晶片中以及晶片上制造多个输入电路和多个输出电路，每个输入电路都包括本地振荡器12的实例和调制器14的实例，每个输出电路都包括解调器18的实例。然后将晶片单个化成为一个个半导体芯片，每个芯片都实现了单一的输入电路或单一的输出电路。将每个声电隔离器的电隔离声耦合器16制造成悬在限定于陶瓷晶片中的腔的上方，所述晶片具有位于其主要表面上的导电迹线。对于在晶片上制造的每个声电隔离器，将实现了输入电路的一个半导体芯片和实现了输出电路的一个半导体芯片安装在与导电迹线电接触的陶瓷晶片上。例如，可以通过球焊或倒装芯片焊接将半导体芯片安装在陶瓷晶片上。带有所安装的半导体芯片的陶瓷晶片也可以用作上述双晶片结构中。
在以约1.9GHz的载波频率工作的声电隔离器10一种示例性实施例中，电极112、114、122和124的材料是钼。每个电极具有约300nm的厚度，形状为五边形，面积约为12,000μm2。不同的面积得到的特征阻抗也不同。如Larson III等在转让给本发明的受让人并通过引用而结合于此的美国专利No.6,215,375中所说明那样，电极的边不平行使FBAR 110、120中的横模最小。对限定了电极112、114、122和124的金属层进行图案化，使得在平行于晶片主要表面的各个平面中，FBAR 110的电极112和114具有同样的形状、尺寸、方向和位置，FBAR 120的电极122和124具有同样的形状、尺寸、方向和位置。通常，电极114和122也具有相同的形状、尺寸、方向和位置。可替换的电极材料包括例如钨、铌和钛的金属。电极可以具有多层结构。
压电元件116、126的材料是氮化铝。每个压电元件的厚度约为1.4μm。可替换的压电材料包括氧化锌、硫化镉和极化铁电材料，所述极化铁电材料例如钙钛矿铁电材料，包括锆钛酸铅(PZT)、偏铌酸铅以及钛酸钡。
组成图6A所示声解耦器130实施例中声解耦层131的声解耦材料是如上所述的聚酰亚胺、聚对二甲苯或交联聚亚苯基聚合物。聚酰亚胺的一倍四分之一波层约为100nm厚，而交联聚亚苯基聚合物的一倍四分之一波层约为190nm厚。如上所述，声解耦层131的厚度可以是上述一倍四分之一波层厚度的三倍、五倍或更多倍。上面已经说明了以声布拉格结构实现声解耦器130的实施例中适用的材料。
在上面参考图5A-5C说明的声耦合器200的实施例中，声谐振电绝缘体216的材料是氮化铝。声谐振电绝缘体216具有约1.4μm的厚度。可替换的材料包括氧化铝(Al2O3)和非压电氮化铝(AlN)。提供了第二声解耦器230实施例的第二声解耦层所用的示例性声解耦材料包括如上所述的聚酰亚胺、聚对二甲苯或交联聚亚苯基聚合物。
在上面参考图8A-8C说明的声耦合器300的实施例中，半波声谐振电绝缘体316、326的材料是氮化铝。每个半波声谐振电绝缘体具有约2.8μm的厚度。可替换的材料包括氧化铝(Al2O3)和非压电氮化铝(AlN)。
在声电隔离器10的上述示例中，输入端26、28连接到FBAR 110，输出端32、34连接到FBAR 120。在其他实施例中，声信号流动的方向与之相反，输出端32、34连接到FBAR 110，输入端26、28连接到FBAR 120。
图9是示出根据本发明一种实施例用于对信息信号进行电隔离的方法170一种示例的流程图。在方框172，提供电隔离声耦合器。电隔离声耦合器只包括一个包括声谐振电绝缘体的解耦堆叠体声波谐振器。在方框173，提供载波信号。在方框174，用信息信号调制载波信号以形成调制电信号。在方框175，经过电隔离声耦合器对调制电信号进行声耦合。在方框176，根据由声耦合器进行了声耦合的调制电信号恢复信息信号。
本公开采用示例性实施例对本发明进行了详细说明。但是，由权利要求限定的本发明并不限于所述的精确实施方式。
权利要求
1.一种声电隔离器，包括载波信号源；调制器，所述调制器被连接成接收信息信号和所述载波信号；解调器；和连接在所述调制器与所述解调器之间的电隔离声耦合器，所述电隔离声耦合器只包括一个绝缘解耦堆叠体声波谐振器，所述绝缘解耦堆叠体声波谐振器包括声谐振电绝缘体。
2.根据权利要求1所述的声电隔离器，其中所述绝缘解耦堆叠体声波谐振器还包括第一薄膜体声波谐振器、第二薄膜体声波谐振器、以及这些所述薄膜体声波谐振器之间的第一声解耦器和第二声解耦器；所述声谐振电绝缘体包括电绝缘材料构成的四分之一波层，并位于所述第一声解耦器与所述第二声解耦器之间。
3.根据权利要求1所述的声电隔离器，其中所述声谐振电绝缘体是第一声谐振电绝缘体；所述绝缘解耦堆叠体声波谐振器还包括第一薄膜体声波谐振器、第二薄膜体声波谐振器、以及依次位于这些所述薄膜体声波谐振器之间的第一声谐振电绝缘体、声解耦器和第二声谐振电绝缘体；每个声谐振电绝缘体是半波声谐振电绝缘体，并包括电绝缘材料构成的半波层。
4.根据权利要求1所述的声电隔离器，其中，所述声谐振电绝缘体包括电绝缘材料层。
5.根据权利要求4所述的声电隔离器，其中，所述电绝缘材料包括氮化铝和氧化铝中之一。
6.根据权利要求1所述的声电隔离器，其中所述绝缘解耦堆叠体声波谐振器还包括第一薄膜体声波谐振器、第二薄膜体声波谐振器和声解耦器；所述声谐振电绝缘体和所述声解耦器并列在这些所述薄膜体声波谐振器之间。
7.根据权利要求6所述的声电隔离器，其中，所述声谐振电绝缘体与所述薄膜体声波谐振器的声阻抗匹配。
8.根据权利要求6所述的声电隔离器，其中，所述声谐振电绝缘体与所述薄膜体声波谐振器的声阻抗的差别小于一个数量级。
9.根据权利要求6所述的声电隔离器，其中，所述声解耦器包括声解耦层，所述声解耦层包括声解耦材料。
10.根据权利要求6所述的声电隔离器，其中，所述声解耦材料与所述薄膜体声波谐振器的声阻抗相差约一个数量级。
11.根据权利要求6所述的声电隔离器，其中，所述声解耦器是电绝缘性的。
12.根据权利要求6所述的声电隔离器，其中，所述声解耦器包括声布拉格结构。
13.根据权利要求12所述的声电隔离器，其中所述声布拉格结构包括与高声阻抗布拉格元件交错的一个或多个低声阻抗布拉格元件；所述布拉格元件中至少一个是电绝缘性的。
14.根据权利要求12所述的声电隔离器，其中，所述声布拉格结构包括与二氧化硅层交错的一个或多个交联聚亚苯基聚合物层。
15.根据权利要求6所述的声电隔离器，其中，所述绝缘解耦堆叠体声波谐振器还在这些所述薄膜体声波谐振器之间包括另外的声谐振电绝缘体和另外的声解耦器。
16.根据权利要求1所述的声电隔离器，还包括另外的声谐振电绝缘体。
17.一种对信息信号进行电隔离的方法，所述方法包括下列步骤提供电隔离声耦合器，所述电隔离声耦合器包括不多于一个绝缘解耦堆叠体声波谐振器，所述绝缘解耦堆叠体声波谐振器包括声谐振电绝缘体；提供载波信号；用所述信息信号对所述载波进行调制以形成调制电信号；经过所述电隔离声耦合器对所述调制电信号进行声耦合；以及从经过所述电隔离声耦合器声耦合的所述调制电信号恢复所述信息信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述绝缘解耦堆叠体声波谐振器还包括第一薄膜体声波谐振器、堆叠在所述第一薄膜体声波谐振器上的第二薄膜体声波谐振器、以及位于这些所述薄膜体声波谐振器之间的第一声解耦器和第二声解耦器；所述声谐振电绝缘体包括电绝缘材料构成的四分之一波层，并位于所述第一声解耦器与所述第二声解耦器之间。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述声谐振电绝缘体是第一声谐振电绝缘体；所述绝缘解耦堆叠体声波谐振器还包括第一薄膜体声波谐振器、堆叠在所述第一薄膜体声波谐振器上的第二薄膜体声波谐振器、以及依次位于这些所述薄膜体声波谐振器之间的第一声谐振电绝缘体、声解耦器和第二声谐振电绝缘体；每个声谐振电绝缘体是半波声谐振电绝缘体，包括电绝缘材料构成的半波层。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述声谐振电绝缘体包括电绝缘材料层。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述电绝缘材料包括氮化铝和氧化铝中之一。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述绝缘解耦堆叠体声波谐振器包括第一薄膜体声波谐振器、第二薄膜体声波谐振器和声解耦器；所述声谐振电绝缘体和所述声解耦器并列在这些所述薄膜体声波谐振器之间；所述耦合的步骤包括向所述薄膜体声波谐振器中之一施加所述调制电信号；以及从所述薄膜体声波谐振器中另一个接收所述调制电信号。
全文摘要
本发明公开了一种声电隔离器及对信息信号进行电隔离的方法。声电隔离器的实施例包括载波信号源、被连接以接收信息信号和载波信号的调制器、解调器、以及连接在调制器与解调器之间的电隔离声耦合器。声耦合器只包括一个绝缘解耦堆叠体声波谐振器(IDSBAR)。基于单一IDSBAR的电隔离声耦合器体积小巧，制造便宜，还能够传递数据率超过100Mbit/s的信息信号，并在其输入端与其输出端之间具有很大的击穿电压。
文档编号H04L5/14GK1953434SQ20061014007
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月18日 优先权日2005年10月18日
发明者约翰·D·拉森三世 申请人:安华高科技无线Ip(新加坡)私人有限公司