具有集成偏置电阻的可调谐薄膜体声波谐振器和滤波器的制作方法

本发明涉及通信系统的可调谐的谐振器和滤波器。更具体地，是涉及可调谐的用集成偏压电阻来隔离rf的压电半导体谐振器和滤波器。

背景技术

操作在射频（rf）的通信系统需要小尺寸和低成本的带通滤波器。这些带通滤波器用于在某一带宽bw内选择传输或接收具有指定频率的信号并拒绝频率在带宽以外的信号。一些例子包括全球定位系统gps，移动通信系统：全球移动通信gsm、个人通信系统服务pcs、通用移动通信系统umts、长期演进技术lte，数据传输单位：蓝牙，无线局域网wlan，卫星广播和未来交通控制通讯。带通滤波器也可用于其他高频系统，如空间飞行器高速数据的传输和采集。

用于rf信号滤波的带通滤波器可采用不同的制造技术：（a）基于电介质谐振器的陶瓷滤波器，（b）基于表面声波谐振器（saw）的滤波器和（c）基于薄膜体声波谐振器（fbar）的滤波器。在手机等移动通信系统中，尽管rf滤波器所需的功率只有5w或更少，但是尺寸和成本是关键。压电材料的滤波器的主要性能是声波的传播速度和耦合系数。速度和电极距离决定了谐振频率而耦合系数则影响频带宽度。对fbar而言，主要属性是声波速度和活性压电层的厚度。

图1a显示了一台现有技术薄膜体声体波谐振器fbar（100a）的一张概要横截图。fbar（100a)在有基体厚度（110t）的基体（110）之上，它包括具有空气隙深度（115t）的空气隙（115），具有底部电极厚度（140t）的底部电极（140），具有压电层厚度（150t）的压电层（150），和具有顶部电极厚度（190t）的顶部电极（190）。空气隙（115）的作用是防止声波进入基体（110）。因此，声波能量被限制在压电层（150）中而只有极小的损失进入基体（110）。fbar(100a)的谐振频率主要取决于压电层厚度（150t）。另一方面，由于空气隙（115）的存在，在压电层（150）、底部金属电极层（140）以及顶部金属电极层（190）中产生的热在基体（110）中的耗散也是有限的。因此，为了防止由于压电层（150）过热造成的电路不稳定，有空气腔（115）的fbar系统运行功率不可能太高。在显示在图1a中的现有技术fbar中，压电层（150）负责声波与加在在顶部电极层（190）和底部电极层（140）之间的rf电场之间的互作用。因为压电层（150）有一个恒定的厚度，该声波谐振频率是固定的。

为了改进压电层的热散，rf滤波器采用了fbar的另一个结构。图1b显示了另一现有技术fbar的一张概要横截图（100b），被称为固体装配型薄膜体声波谐振器（smbar或者smr）。smbar（100b）沉积在有基体厚度（110t）的基体（110）上。它包括了一组具有总反射堆叠厚度（120tt）的薄膜反射堆叠（120），由交替出现的具有低阻抗层厚度（120-lt）的低阻抗层（120-l1,120-l2，120-l3）和具有高阻抗层厚度（120-ht）的高阻抗层（120-h1，120-h2）组成。它还包括了有底部电极厚度（140t）的底部电极（140），有压电层厚度（150t）的压电层（150）和有顶部电极厚度（190t）的顶部电极（190）。其谐振频率fo取决于声波速度v和压电层厚度（150t）。为了限制声波能量在压电层并使其在基体（110）内的损失减到最小，低阻抗层厚度（120-lt）和高阻抗层厚度（120-ht）被选择为λ/4，这里λ是各层中的声波波长。因为压电层（150）和基体（110）之间没有空气隙，在压电层（150）和电极层（140，190）中产生的热在基体（110）中的消散速率大于如所图1a所显示的具有空气腔（115）的fbar（100a）。在现有技术fbar（100b）中，整个压电层（150）是活性层，负责加在在顶部电极层（190）和底部电极层（140）之间的rf电场和声波之间的相互作用。因为压电层的厚度是恒定的，所以声波谐振频率是固定的。因此，一旦包含fbars的滤波器被制造，其传输的中心频率fo和带宽bw是由几何尺寸和材料决定。

基于用于不同地区和国家的手机频带的超大数量，即使在同一个国家，一个实用的手机需要具有覆盖几个频带的rf前端。一个真正的世界电话将需要有大约40个通讯频带，其中每一频带又包括一传送带和一接收带。因为每个rf滤波器只有一个中央共振频率和一个固定的带宽，因此，这种真正的世界电话将需要80个前端滤波器。基于资源的限制，有些设计师为选择的地区或国家所设计的手机会覆盖5个到10个频带。即使是这个减少了的频带数目，对rf滤波器数量的需求还是较大：10~20个。所以，非常有必要来减少rf滤波器的尺寸和成本。通过使用可调谐的rf滤波器，而每个滤波器至少覆盖两个频带，的方法来减少滤波器的数量是很理想的。如果成功，手机和许多其他微波和无线系统中的滤波器数量可以减少。因此，开发有尽可能的多个频带或频率范围的rf滤波器是很紧迫的，这样一来，可以减少一个手机和微波系统中rf前端的尺寸和电力消耗。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供有集成偏压电阻的m1d1m2或mdmfbar结构来形成微波声波滤波器、谐振器和开关，用于构造无线或微波系统，并通过集成偏压电阻来施加第一直流电压以达到中心谐振频率的调整。

本发明的目的之二是提供有集成偏压电阻的m1i1d1m2或midmfbar结构来形成微波声波滤波器、谐振器和开关，用于构造无线或微波系统，并通过集成偏压电阻来施加第一直流电压以达到中心谐振频率的调整。

本发明的目的之三是提供有集成偏压电阻的m1d1d2m2或mddmfbar结构来形成微波声波滤波器、谐振器和开关，用于构造无线或微波系统，并通过集成偏压电阻来施加第一直流电压以达到中心谐振频率的调整。

本发明的目的之四是提供有集成偏压电阻的m1d1i1d2m2或mdidmfbar结构来形成微波声波滤波器、谐振器和开关，用于构造无线或微波系统，并通过集成偏压电阻来加第一直流电压以达到中央谐振频率的调整。

本发明的目的之五是提供可调谐的滤波器，具有多个可调谐串联谐振器，多个可调谐并联谐振器，多个耦合电容器和多个隔离电阻器，通过第一直流电压源来控制和选择谐振器的谐振频率，并调谐和控制可调谐滤波器的中心传输频率。

本发明的目的之六是提供可调谐的滤波器，具有多个可调谐串联谐振器、多个可调谐并联谐振器、多个耦合电容器和多个隔离电阻器，通过第一直流电压源和第二直流电压源来控制和选择谐振器的谐振频率，并调谐和控制可调谐滤波器的中心传输频率。

实现上述本发明目的的技术方案如下所述：

一种用于微波和毫米波的具有mdm结构和集成偏压电阻的频率可调谐薄膜体声波谐振器fbar包括：

-一个底部基体有底部基体厚度;

-一个声波隔离区有声波隔离区厚度;

-一个底部支持膜有底部支持膜厚度;

-一个第一金属电极有第一金属电极厚度;

-一个第一金属电极接触有第一金属电极接触厚度，连接到一个dc偏压源的一个终端;

-一个第一压电半导体层有第一压电层厚度、第一压电层掺杂类型和第一压电层掺杂浓度;

-一个第二金属电极有第二金属电极厚度;

-一个第二金属电极接触有第二金属电极接触厚度，连接到所述dc偏压源的另一终端;

-一个第一钝化层有第一钝化层厚度;

-一个第二金属电极互连有第二金属电极互连厚度，该第二金属电极互连通过所述第一钝化层上的开口与所述第二金属电极连接;并且

-一个第一偏压电阻有第一偏压电阻值和一个第二偏压电阻有第二偏压电阻值，所述第一偏压电阻连接所述第一金属电极到所述第一金属电极接触，所述第二偏压电阻连接所述第二金属电极互连到所述第二金属电极接触，以在所述第一金属电极和所述第二金属电极之间实现具有极性和值的dc偏压以及隔离rf信号与所述dc偏压源；

所述dc偏压在所述第一压电半导体层中产生一个具有第一压电耗尽区厚度的第一压电耗尽区和一个具有第一压电中性区厚度的第一压电中性区，并且形成一个压电活性层以实现所述rf信号和机械振动之间的相互作用，其中所述第一压电耗尽区厚度由所述dc偏压的极性和值来控制，所述直流偏压的变化引起所述第一压电耗尽区厚度的变化以及与所述第一压电中性区相关的质量负荷的变化，并且影响所述mdmfbar的谐振频率的变化。

其中所述第一偏压电阻值和第二偏压电阻值优选大于200欧姆，更优选大于1000欧姆。

其中所述第一偏压电阻和第二偏压电阻是薄膜电阻，被制造成与所述第一压电半导体层一起形成集成可调谐fbar。

其中所述第一偏压电阻和第二偏压电阻的材料选自如下材料组：金属、金属合金、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物以及它们的组合。

进一步包括第一本征压电半导体层具有第一本征压电层厚度，沉积在所述第一金属电极和所述第一压电半导体层之间，来减少所述直流偏压值和增加所述谐振频率的调谐灵敏度，形成具有midm结构的频率可调谐fbar，所述第一本征压电半导体层的材料选自如下复合材料组：aln，gan，algan，zno，gaas，alas，algaas，linbo3，pzt，banbo3，石英和knbo3。

进一步包括第一本征压电半导体层具有第一本征压电层厚度，沉积在所述第二金属电极和所述第一压电半导体层之间，来减少所述dc偏压值和增加所述谐振频率的调谐灵敏度，形成具有mdim结构的频率可调谐fbar，其中所述第一本征压电半导体层的材料选自如下复合材料组：aln，gan，algan，zno，gaas，alas，algaas，linbo3，pzt、banbo3，石英和knbo3。

其中所述底部支持膜材料和底部支持膜厚度被选择来实现温度补偿从而减少操作期间谐振频率不必要的偏移。

其中所述第一压电半导体层的材料选自如下复合材料组：aln，gan，algan，zno，gaas，alas和algaas。

其中所述底部基体的材料选自如下材料组：si，gaas，玻璃，蓝宝石，aln，氧化铝，只要它有足够高的电阻率、足够的导热性和平坦的表面。

其中所述第一压电层掺杂浓度被控制在10¹⁴到10²¹cm^-3的范围内以增加所述fbar的所述谐振频率的调谐灵敏度。

实现上述本发明目的的另一技术方案如下所述：

一种用于微波和毫米波的具有mdm结构和集成偏压电阻的频率可调谐薄膜体声波谐振器fbar包括：

-一个底部基体有底部基体厚度;

-一个声波隔离区有声波隔离区厚度;

-一个底部支持膜有底部支持膜厚度;

-一个第一金属电极有第一金属电极厚度;

-一个第一金属电极接触有第一金属电极接触厚度，连接到一个dc偏压源的一个终端;

-一个第一压电半导体层有第一压电层厚度、第一压电层掺杂类型和第一压电层掺杂浓度;

-一个第二压电半导体层有第二压电层厚度、与所述第一压电层掺杂类型相反的第二压电掺杂类型和第二压电层掺杂浓度;

-一个第二金属电极有第二金属电极厚度;

-一个第二金属电极接触有第二金属电极接触厚度，连接到所述dc偏压源的另一终端;

-一个第一钝化层有第一钝化层厚度;

-一个第二金属电极互连有第二金属电极互连厚度，该第二金属电极互连通过所述第一钝化层上的开口与前述第二金属电极连接;并且

-一个第一偏压电阻有第一偏压电阻值和一个第二偏压电阻有第二偏压电阻值，第一偏压电阻连接所述第一金属电极到所述第一金属电极接触，所述第二偏压电阻连接所述第二金属电极互连到所述第二金属电极接触，以在所述第一金属电极和所述第二金属电极之间实现具有极性和值的dc偏压以及隔离rf信号与所述dc偏压源；

所述dc偏压在所述第一压电半导体层中产生一个具有第一压电耗尽区厚度的第一压电耗尽区和一个具有第一压电中性区厚度的第一压电中性区，在所述第二压电半导体层中产生一个具有第二压电耗尽区厚度的第二压电耗尽区和一个具有第二压电中性区厚度的第二压电中性区，并且形成一个压电活性层以实现所述rf信号和机械振动之间的相互作用，其中所述第一压电耗尽区和所述第二压电耗尽区厚度由所述dc偏压的极性和值来控制，所述dc偏压的变化引起所述第一和所述第二压电耗尽厚度的变化以及与所述第一和第二压电中性区相关的质量负荷的变化，并引起所述mddmfbar的谐振频率的变化。

其中所述第一偏压电阻值和第二偏压电阻值优选大于200欧姆,更优选大于1000欧姆。

其中所述第一偏压电阻和第二偏压电阻是薄膜电阻，被制造成与所述第一压电半导体层和第二压电半导体层一起形成集成可调谐fbar。

其中所述第一偏压电阻和第二偏压电阻的材料选自如下材料组：金属，金属合金，金属氧化物，金属氮化物，金属氮氧化物以及它们的组合。

进一步包括第一本征压电半导体层有第一本征压电层厚度，沉积在所述第一压电半导体层和所述第二压电半导体层之间，来减少所述dc偏压值和增加所述谐振频率的调谐灵敏度，形成有mdidm结构的频率可调谐fbar，其中所述第一本征压电半导体层的材料选自如下复合材料组：aln，gan，algan，zno，gaas，alas，algaas，linbo3，pzt，banbo3，石英和knbo3。

其中所述底部支持膜材料和底部支持膜厚度被选择来实现温度补偿从而减少操作期间谐振频率不必要的偏移。

其中所述第一压电半导体层和第二压电半导体层的材料选自如下复合材料组：aln，gan，algan，zno，gaas，alas和algaas。

其中所述底部基体的材料选自如下材料组：si，gaas，玻璃，蓝宝石，aln，氧化铝，只要它有足够高电阻率、足够的导热性和平坦的表面。

其中所述第一压电层掺杂浓度和所述第二压电层掺杂浓度被控制在10¹⁴到10²¹cm^-3的范围内以增加所述fbar的所述谐振频率的调谐灵敏度。

实现上述本发明目的的再一个技术方案如下所述：

一种谐振和传输中心频率可调谐的微波fbar滤波器包括：

至少一个第一串联可调谐fbar谐振器；

至少一个第二并联可调谐fbar谐振器，每一对在第一接触点处连接；

至少一个第一耦合电容器和至少一个第二耦合电容器用于阻断dc电压；

至少一个第一隔离电阻来阻止rf信号；

至少一个具有电压值v1s的第一dc电压源vdc1，通过所述第一隔离电阻施加在所述第一串联谐振器和第二并联谐振器的组合上，以建立所述第一串联谐振器和第二并联谐振器的偏压并控制和调节在所述fbar滤波器中的谐振和传输的中心频率，从而使施加到第一rf输入接点的在所述谐振中心频率上以及附近的微波信号被允许传播通过所述第一串联谐振器到达rf输出接点，因此谐振和传输的中心频率在所述可调谐微波fbar滤波器中被所述第一dc电压源选择并控制到期望值。

还包括至少一个用于隔离rf信号的第二隔离电阻和一个连接到所述第二隔离电阻的第二dc电压源vdc2，调整所述第一dc电压源vdc1和所述第二dc电压源vdc2，以便通过所述第一dc电压vdc1和所述第二dc电压vdc2来选择所述可调fbar滤波器中的谐振和传输的中心频率并将其控制到期望值。

附图说明

图1a显示了现有技术的具有固定谐振频率的薄膜体声波谐振器fbar（100a）的截面图，包括一个底部基体（110），一个空气隙（115），一个底部电极（140），一个压电层（150）和一个顶部电极（190）。

图1b：显示了现有技术fbar固体装配型体声波谐振器（100b）的截面图，该谐振器具有一个底部基体（110）、一个由低阻抗层（120-l1，120-l2，120-l3）和高阻抗层（120-h1，120-h2）组成的薄膜反堆叠（120）、一个底部电极（140）、一个压电层（150）和一个顶部电极（190）。此现有技术fbar的谐振频率fo取决于声波速度v和压电层厚度（150t）并且是固定的。

图2a显示了根据本发明的有集成偏压电阻的可调谐的m1d1m2fbar（200a）的一个截面图。此mdmfbar结构包括一个基体、一个声波隔离区、一个底部支持膜、一个第一金属电极（m1）、一个第二金属电极（m2）和一个第一压电半导体层（d1），其第一压电耗尽区形成压电活性区。

图2b显示了具有长方形形状的薄膜偏压电阻（281或282），有长度（281l或282l），有宽度（281w或282w）和厚度（281t或282t）。

图2c显示了当一直流偏压施加在第一金属电极和第二金属电极之间来调整频率时，图2a中显示的mdm结构沿a-a'线上的电场ξ（x）随距离的变化。直流偏压的变化δvdc导致了第一压电半导体层（d1）中电场的变化δξo和耗尽区厚度的变化δwn，因此导致了mdmfbar的谐振频率的变化。

图2d显示了根据本发明的具有集成偏压电阻的可调谐m1i1d1m2fbar（200d）的一个概要截面图。该midmfbar结构包括一个基体、一个声波隔离区、一个底部支持膜、一个第一金属电极（m1），一个第一本征压电半导体层（i1），一个第一压电半导体层（d1）和一个第二金属电极（m2）。第一压电半导体层的第一压电耗尽区和第一本征压电半导体层形成一个结合压电活性区来提供rf信号和机械声振动之间的相互作用。

图2e显示当一直流偏压加在第一金属电极和第二金属电极之间来做频率调谐时，图2d中所显示的midm结构中沿b-b'线上的电场大小ξ（x）随距离的变化。直流偏压的变化δvdc导致了第一本征压电半导体层（i1）中电场的变化δξo和耗尽区厚度的变化δwn，因此导致了结合压电活性区厚度的变化并且引起了midmfbar的谐振频率的变化。

图3a显示了根据本发明的具有集成偏压电阻并频率可调谐的m1d1d2m2fbar（300a）的一个概要截面图。此mddmfbar结构包括一个基体、一个声波隔离区、一个底部支持膜、一个第一金属电极（m1）、一个掺杂成第一压电导电类型的第一压电层（d1）、一个掺杂成与第一压电导电类型相反的第二压电导电类型的第二压电层（d2）和一个第二金属电极（m2）。第一压电层的第一压电耗尽区和第二压电层的第二压电耗尽区形成一个结合压电活性区来提供rf信号和机械声振动之间的相互作用。

图3b显示当一直流偏压加在第一金属电极和第二金属电极之间来进行频率调谐时，图3a所显示的mddm结构中沿c-c’线上的电场大小ξ（x）随着距离的变化。直流偏压的变化δvdc导致了第一压电层中电场和第二压电体层中电场的变化，以及第一压电层耗尽区厚度的变化δwn和第二压电层耗尽区厚度的变化δwp，因此导致了结合压电活性区厚度的变化δwn+δwp，并且引起了mdmfbar的谐振频率的变化。

图3c显示了根据本发明的具有集成偏压电阻并频率可调谐的m1d1i1d2m2fbar（300c）的一个概要截面图。此mdidmfbar结构包括一个基体、一个声波隔离区、一个底部支持膜、一个第一金属电极（m1）、一个掺杂成第一压电导电类型的第一压电层（d1）、一个第一本征压电半导体层（i1）、一个掺杂成与第一压电导电类型相反的第二压电导电类型的第二压电层（d2）和一个第二金属电极（m2）。和第一本征压电半导体层一起，第一压电层的第一压电耗尽区和第二压电层的第二压电耗尽区形成一个结合压电活性区来提供rf信号和机械声振动之间的相互作用。

图3d显示当一直流偏压加在第一金属电极和第二金属电极之间来进行频率调谐时，图3c中所显示的mdidm结构中沿d-d’线上的电场大小ξ（x）随着距离的的变化。直流偏压的变化δvdc导致了第一压电层中电场和第二压体层中电场的变化，以及第一压电层耗尽区厚度δwn和第二压电层耗尽区厚度δwp的变化，或者结合压电活性区厚度δwn+δwp的变化，最终引起了mdmfbar的谐振频率的变化。

图4a显示了根据本发明的由二个fbar谐振器（340，350）连接而成的可调谐微波滤波器电路（400a）的一张概要图。该滤波器电路包括第一串联谐振器、第二并联谐振器、第一耦合电容、第二耦合电容和第一隔离电阻。第一直流电压源vdc1被用来给第一串联谐振器和第二并联谐振器施加偏压来控制滤波器（400a）的中心谐振频率fo1。

图4b显示了根据本发明的由二个fbar谐振器（340，350）连接而成的可调谐微波滤波器电路（400a）的一张概要图。该滤波器电路包括第一串联谐振器、第二并联谐振器、第一耦合电容、第二耦合电容、第一隔离电阻和第二隔离电阻。第一直流电压源vdc1和第二直流电压源vdc2被用来对谐振器施加偏压来达到控制滤波器（400b）的中心谐振频率。

图4c显示一个根据本发明的3½级梯式可调谐微波声波滤波器（400c）的一张概要图。它包括多个第一串联谐振器、多个第二并联谐振器、多个第一耦合电容、一个第二耦合电容、多个第一隔离电阻和一个第二隔离电阻。第一直流电压源vdc1被用来给第一串联谐振器和第二并联谐振器施加偏压以及控制滤波器（400a）的中心谐振频率fo1。

图4d显示了根据本发明的一个3½级梯式可调谐微波声波滤波器（400c）的一张概要图。它包括多个第一串联谐振器、多个第二并联谐振器或分流谐振器、多个第一耦合电容、一个第二耦合电容、多个第一隔离电阻和多个第二隔离电阻。第一直流电压源vdc1和第二直流电压源vdc2被用来对谐振器加偏压以及控制滤波器（400b）的中心谐振频率fo1。

具体实施方式

具有集成偏压电阻的m1d1m2fbar结构：

图2a显示了根据本发明的有集成偏压电阻的m1d1m2fbar或mdmfbar结构的部分概要图。这里，m1是第一金属电极，d1是掺杂第一压电半导体层，m2是第二金属电极。此mdmfbar结构包括一个具有底部基体厚度210t的底部基体210；一个有声波隔离区厚度215t的声波隔离区215；一个具有底部支撑膜厚度230t的底部支持膜230；一个具有第一金属电极厚度240t的第一金属电极m1240；一个具有第一金属电极接触厚度240ct的第一金属电极接触240c连接到直流（dc）偏压源的负极；一个第一压电半导体层250,其具有第一掺杂压电半导体厚度250t、第一压电层掺杂类型(p类型或n类型，优选n类型)和第一压电层掺杂浓度（nd对n类型)；一个具有第二金属电极厚度290t的第二金属电极290；一个具有第二金属电极接触厚度290ct的第二金属电极接触290c连接到直流（dc）偏压源的正极；一个具有第一钝化层厚度298t的第一钝化层298；一个具有第一温度补偿层厚度295t的第一温度补偿层295用以改进fbar（200a）的热稳定性；一个具有第二金属电极互连厚度290it的第二金属电极互连290i，该第二金属电极互连290i通过第一钝化层298和第一温度补偿层295的开口处电连到第二金属电极290。根据本发明，声波隔离区215用于声波隔离，其可以是空气隙或者有多个反射层的多层反射器。

第一压电半导体层250由第一压电耗尽区边缘250b分成二个区：一个有第一压电耗尽区厚度250dt的第一压电耗尽区250d和一个有第一压电中性区厚度250nt的第一压电中性区250n。第一压电中性区250n是电导体，其电导率与第一压电半导体层250的掺杂浓度成正比。第一压电耗尽区250d是本征的，有着低的自由载流子密度，所以是电绝缘体。在此mdmfbar中，耗尽区构成了压电活性层并允许rf信号和声波信号之间的相互作用的产生。

当负载效应和电极厚度效应被忽略时，谐振频率fo取决于在压电耗尽区内的声波速度v和压电耗尽区厚度t，因此，fo=v/(2t)。rf信号和声波信号之间的相互作用主要发生在压电活性层（即第一压电耗尽区），它们受压电活性层厚度（即第一压电耗尽区厚度）的影响。由于压电耗尽区250d的厚度250dt可以通过改变加在第一金属电极240和第二金属电极290之间的直流偏压来调整。因此，此mdmfbar结构的振荡特性和谐振频率，以及所有基于该半导体压电层微波声波效应的滤波器、开关或其它设备的振荡特性和谐振频率，都可以根据本发明用改变直流电压极性和大小来调谐和调整。

具有第一偏压电阻值r1的第一偏压电阻281和具有第二偏压电阻值r2的第二偏压电阻282与mdmfbar集成，来提供直流偏压和在rf信号和直流偏压电路之间的隔离。第一偏压电阻281和第二偏压电阻282优选为集成薄膜电阻器，并且可以拥有不同的形状，例如长方形、之字形、正方形、椭圆形、三角形、梯形、金刚石形、菱形和平行四边形。当第一偏压电阻281为了简便优选成如图2b所示的长方形时，它有第一偏压电阻长度r1l（281l），第一偏压电阻宽度r1w（281w），第一偏压电阻厚度r1t（281t）和第一偏压电阻表面电阻值r□1。在图2a中，第一偏压电阻（281）连接第一金属电极240和第一金属电极接触240c，以便通过240c和281提供电位vdc-到第一金属电极（240或m1）上，并为rf信号和直流电压源电路间提供隔离。当第二偏压电阻282优选成如图2b所示的长方形时，它有第二偏压电阻长度r2l（282l），第二偏压电阻宽度r2w（282w），第二偏压电阻厚度r2t（282t）和第二偏压表面电阻值r□2。在图2a中，第二偏压电阻282通过第二金属电极互连290i连接第二金属电极（290或m2）和第二金属电极接触290c，来提供直流偏压和rf信号的隔离。

电位vdc+是通过第二金属电极接触290c、第二偏压电阻和第二金属电极互连290i来提供给第二金属电极（290或m2）的。vdc+和vdc-在第二金属电极（290或m2）和第一金属电极（240或m1）之间产生第一直流偏压v1=vdc+-vdc-并在第一压电层（250）中产生第一压电层耗尽区250d并且调控第一压电层耗尽区厚度250dt。rf信号（rf+，rf-）被加在第一金属电极240和第二金属电极互连290i之间，或者rf信号会在mdmfbar（200a）中产生并从第一金属电极和第二金属电极互连290i之间获得。

应该指出，在图2a中，第一金属电极接触240c也可以连接到直流偏压源的正极接头，而第二金属电极接触290c则连接到dc偏压的负极接头。根据本发明的一实施例，直流偏压的提供和mdmfbar结构的rf隔离可以通过仅使用一个偏压电阻（281或282）来达成。如果仅使用第一偏压电阻281，第二金属电极互连290i将直接连接到第二金属电极接触290c上。反言之，如果仅使用第二电阻282，第一金属电极接触240c将直接连接到第一金属电极240上。此外，一个偏压电阻和一个偏压电感的串联组合可以用来替换第一偏压电阻或/和第二偏压电阻来提供直流偏压给该mdmfbar结构并实现rf信号和直流偏压电路间的隔离。

第一偏压电阻281和第二偏压电阻282的电阻值r1和r2大于200欧姆并且优选大于1,000欧姆来隔离rf信号。偏压电阻宽度r1w和r2w不大于偏压电阻长度r1l和r1l。偏压电阻厚度r1t和r2t少于2µm并优选小于0.5µm以便随后用蚀刻法或掀离法来图形化。偏压电阻的表面电阻值r□1和r□2为10ohms/□或更大，并且优选为100ohms/□或更大来得到r1的值为1,000欧姆或更大，以实现直流偏压的施加并允许足够的rf隔离。另一方面，为了保持低的rc常数和减少fbar中任何不必要的开关延迟时间，电阻值r1和r2不应该太大。例如，一个典型的fbar中，电容值c(在m1和m2之间)也许有5pf，和第一偏压电阻281值2,000欧姆，rc常数值τ1=r1×c=10^-8秒。当第一偏压电阻值r1从2,000欧姆增加到2×10⁶欧姆时，τ1的值将从10^-8秒增加到10^-5秒。

偏压电阻的材料可以是金属，例如：ni，cr，ta，w，mo，nicr和它们的合金。偏压电阻也可以由金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物做成，例如：zno，znon，insno，insnon，znino，zninon，znsno，znsnon，ruo2，tan，bi2ru2o7，ruo2，bi2ir2o7和其它半导体，例如：si，只要偏压电阻的表面电阻值够大，并且偏压电阻有稳定的热特性。偏压电阻层可以由真空方法沉积，例如蒸发、和在充有ar气体或ar,o2和/或n2混合气体的真空腔内的dc溅射和rf溅射。根据本发明的一实施例，第一偏压电阻281和第二偏压电阻282在同一制造步骤中制造，并优选同样的材料、厚度、成分和表面电阻值，被沉积在底部支持膜230上或被直接沉积在底部基体210上。它们也可以用不同的制造步骤并使用不同的材料、不同的厚度、不同的成分和不同的表面电阻值。

图2c显示了在图2a中的mdm结构中，电场强度ξ(x,v)沿着线a-a'随距离的分布。实线代表了当第一直流偏压v1=vdc+-vdc-被加在第二金属电极290和第一金属电极240之间时的电场强度ξ(x,v1)。虚线代表当第二直流偏压v2加在290和240之间时的电场强度ξ(x,v2)。在第一直流偏压v1作用下，第一压电耗尽区250d具有第一压电耗尽区厚度250dt，该压电耗尽区和由第一压电层中性区250n和第二金属电极290的组合形成的第一质量负荷一起，产生第一谐振频率f1。当有更大值的第二直流偏压v2加在m2290和m1240之间时，第一压电耗尽区的厚度从250dt增加到250dt'导致第一压电中性区厚度250nt'的减少。由于第一压电耗尽区厚度250dt'的增加，以及由第一压电中性区250n'和第二金属电极290的组合形成的第二质量负荷值的减少，在mdmfbar中产生了第二谐振频率f2。同样，当加第三直流偏压v3时，在这个fbar中会产生第三谐振频率f3。

于是，通过施加多个连续变化的直流偏压到前述第一偏压电阻281和第二偏压电阻282上，可以在同一个fbar（200a）中实现多个谐振频率。因此，不需任何运动部件就可以获得电压调频。对于特定的直流电压差值δvdc=v2–v1，第二谐振频率和第一谐振频率之间的差值δf=f2-f1取决于第一压电层耗尽区的厚度差值δ250dt=250dt’-250dt=δwn和质量负荷的变化值。

直流偏压的变化会引起电场强度的变化（δξo）和第一压电耗尽区厚度的变化（δwn），这里，δwn=xn(v2)–xn(v1)=250dt'-250dt。直流偏压的变化（δvdc=v2-v1）由虚线表示的电场强度曲线ξ(x,v2)和实线表示的电场强度曲线ξ(x,v1)之间的面积给出。因为电场强度曲线ξ(x,v1)和ξ(x,v2)的斜率（sp1，sp2）与第一压电层掺杂浓度nd（对n类型掺杂）成正比，并且δwn/δvdc的值随着nd的减少而增加，第一压电层的掺杂浓度nd可以根据所需的表面声波调频的灵敏度来调整。当第一压电层的掺杂浓度被选择在10¹⁴cm^-3到10²¹cm^-3的范围内，或更优选在10¹⁵cm^-3到10²⁰cm^-3的范围内时，mdmfbar（200a）调谐灵敏度会增加。

由于第一压电耗尽区250d充当着给加在（m1）和（m2）之间的rf信号和第一压电层250中的机械声波振动提供相互作用的活性区，并且因为由第一压电中性区250n和第二金属电极m2所形成的质量负荷会随直流偏压而变化，因此，fbar（200a）的谐振频率是由所加的直流偏压来调整的。值得注意的是，在第一压电层（250或d1）中的掺杂浓度分布不需要是一个常数，它可以是缓变的，阶梯式的或其它浓度分布。根据本发明，多个可调谐并具有集成偏压电阻（281）r1和（282）r2的fbar（200a）可以合并并形成微波或毫米波带通过滤器、开关或功率分配器。应该指出的是如果第一压电半导体层250掺杂成p类型导电性，电场分布曲线应该有一个正的斜率。

第一压电半导体层d1（250）的材料从下面一组复合材料中挑选：aln，gan，algan，zno，gaas，alas，和algaas，只要它们具有压电性，有足够大的声耦合系数，并且是可以掺杂成p型和n型导电性的半导体。第一压电层厚度250t选择在50nm到20µm的范围内，并取决于在第一压电层250中的声波速度和应用所需的第一谐振频率fo1以及其它多个谐振频率。

在图2a中的第一金属电极m1240和第二金属电极m2（290）可以具有多层结构。因为第一金属电极m1的顶层与第一压电半导体层d1（250）接触，第一金属电极m1的功函数应优选为与掺杂第一压电半导体层d1（250）间形成一个肖特基结。而第二金属电极m2（290）的底层的功函数则应优选以便m2（290）与其相接触的第一压电半导体层d1（250）间形成一个电阻型接触。

所以，对于一个n型掺杂的第一压电半导体层d1（250），应优选第一金属电极240顶层的功函数，令其远大于第一压电半导体层250功函数。也应优选第二金属电极290底层的功函数，令其小于或等于第一压电半导体层250功函数。第一金属电极240的顶层材料可以从下面一组材料中挑选：ni,pt,pd,au和它们的合金，只要它们有足够大的功函数。而第一金属电极240的其余部分的材料则可以从下面一组材料中挑选来减少电阻：mo,al,ti,cu,au和它们的合金。第二金属电极290底层材料可以从下面一组材料中挑选：ti,al,w,mo,ta,nb,ha以及它们的合金，而第二金属电极（290）的其余部分的材料则可以从下面一组材料中挑选来减少电阻：mo,al,ti,cu,au和它们的合金。

当第一压电半导体层d1（250）的掺杂是p型时，应优选第一金属电极240顶层的功函数，令其远小于第一压电半导体层250的功函数。也应优选第二金属电极290底层的功函数为和第一压电半导体层的功函数相同或更大。第一金属电极240的顶层材料可以从下面一组材料中挑选：ti,al,w,mo,ta,nb,ha和它们的合金，只要它们具有足够小的功函数。第一金属电极240的其余部分的材料则可以从下面一组材料中挑选来减少电阻：mo,al,ti,cu,au和它们的合金。而第二金属电极290的底层材料可以从下面一组材料中挑选：ni,pt,pd,au和它们的合金，只要它们有足够大的功函数。第二金属电极290的其余部分的材料则可以从下面一组材料中挑选：mo,al,ti,cu,au和它们的合金来减少电阻。

第一金属电极接触240c的材料可以与第一金属电极240的材料一样，并且优选和第一金属电极240一起在同一步骤中沉积。而第二金属电极接触290c和第二金属电极接触互连290i的材料也可以与第二金属电极290的材料相同，并且优选和第二金属电极290一起在同一步骤中沉积。

底部基体210的材料可以从下面一组材料中挑选：si,gaas,蓝宝石晶圆,石英和玻璃，aln，氧化铝。底部支持膜230的材料则可以从下面一组材料中挑选：sio2,si3n4,sion，只要它们具有足够的机械强度和足够低的声波衰减。底部支持膜230的材料和底部支持膜厚度230t可以选择来实现温度补偿，以便减少由于操作期间温度波动所造成的不必要的谐振频率的偏移。

为了改进器件200a的热稳定性，增加一个具有温度补偿层厚度295t的温度补偿层295。该温度补偿层295的材料可以是sio2或sion。第一钝化层298可以从下面一组材料中挑选：sio2,si3n4,sion,hfo2,和它们的混合物。

具有集成偏压电阻的m1i1d1m2fbar结构：

在显示在图2a的可调谐的m1d1m2fbar中，为了得到操作频率，直流偏压值v1=vdc+-vdc-对某些移动设备可能太高，并且频率调谐的灵敏度也可能不够精确。为了减少所需的直流偏压值和改进调谐灵敏度，本发明的另一实施例提供了一个含集成偏压电阻的可调谐的m1i1d1m2fbar结构。

图2d显示了含集成偏压电阻的m1i1d1m2或midmfbar结构（200d）的一张部分概要图。这里，m1是第一金属电极，i1是本征压电半导体层，d1是掺杂压电半导体层，m2是第二金属电极。值得注意的是，具有mdim结构的fbar可以交换掺杂压电层和本征压电半导体层来获得。为了简化，仅midmfbar结构将被描述。

图2d中的midmfbar结构包括一个具有底部基体厚度210t的底部基体210；一个具有声隔离区厚度215t的声隔离区域215；一个具有底部支持膜厚度230t的底部支持膜230；一个具有第一金属电极厚度240t的第一金属电极m1（240）；一个具有第一金属电极接触厚度240ct的第一金属电极接触240c连接到（dc）直流偏压源的负极；一个第一本征压电半导体层255有第一本征压电层厚度255t；一个第一压电半导体层250有第一压电层厚度250t、第一压电层掺杂类型和第一压电层掺杂浓度；一个有第二金属电极厚度290t的第二金属电极290；一个具有第二种金属电极接触厚度290ct的第二金属电极接触290c连接到直流（dc）偏压源的正极；一个用于改进fbar的热稳定性的第一温度补偿层295有第一温度补偿层厚度295t；一个具有第一钝化层厚度298t的第一钝化层298；一个具有第二金属电极互连厚度290it的第二金属电极互连290i，该第二金属电极互连290i通过在第一钝化层298和第一温度补偿层295的开口处电连到第二金属电极290。在（200d）中，声隔离区215用于声波隔离，可以是空气隙或有多个反射层的多层反射器。在上述的midm结构中,第一本征压电半导体层255是被沉积在第一金属电极240和第一压电半导体层250之间的。应该不难理解的是，当第一本征压电半导体层255被沉积在第二金属电极290和第一压电半导体层250之间时，会形成一个具有mdim结构的fbar。

值得注意的是，在图2d中第一金属电极接触240c也可以连接到直流偏压源的正极，而第二金属电极接触290c则连接到dc偏压的负极。

第一压电半导体层250是掺杂半导体，可以是n型或p型，优选n型掺杂。第一本征压电半导体层255没有有意掺杂，有着很低的掺杂浓度（10¹³cm^-3或更少），是电绝缘体。第一压电半导体层250由第一压电耗尽区边缘250b分成二个区：一个有第一压电耗尽区厚度250dt的第一压电耗尽区250d和一个有第一压电中性区厚度250nt的第一压电中性区250n。该第一压电中性区250n是电导体，而第一压电耗尽区250d则是具有本征特性的电绝缘体。在这个midmfbar中，第一本征压电半导体层255和第一压电耗尽区250d组成压电活性层并允许rf信号和声波信号间的相互作用的发生。

因为rf信号和声波信号之间的相互作用主要发生在第一压电耗尽区250d和第一本征压电半导体层255中，会受到第一压电耗尽区250的厚度250dt的影响。鉴于厚度250dt可以通过改变加在第一金属电极240和第二金属电极290之间直流偏压的极性或/与大小来调整，因此，根据本发明，任何基于半导体压电层微波声波效应的mdmfbar结构、滤波器、开关或其它设备的共振特性和频率都可以用改变直流（dc）偏压的极性和/或大小来调谐和调整。

具有第一偏压电阻值r1的第一偏压电阻281和具有第二偏压电阻值r2的第二偏压电阻与midmfbar集成，来提供直流偏压和在rf信号和dc偏压电路之间的隔离。第一偏压电阻281和第二偏压电阻282优选为集成薄膜电阻器，可以有不同的形状，例如：长方形、之字形、正方形、椭圆形、三角形、梯形、金刚石形、菱形和平行四边形。当第一偏压电阻281为了简便优选成如图2b所示的长方形时，它有第一偏压电阻长度r1l（281l），第一偏压电阻宽度r1w（281w），第一偏压电阻厚度r1t（281t）和第一偏压电阻表面电阻值r□1。在图2d中，第一偏压电阻281连接第一金属电极240和第一金属电极接触240c，以便通过（240c）和（281）提供电位vdc-到第一金属电极（240或m1）上，并为rf信号和直流电源电路之间提供隔离。当第二偏压电阻（282）优选成如图2b所示的长方形时，它有第二偏压电阻长度r2l（282l），第二偏压电阻宽度r2w（282w），第二偏压电阻厚度r2t（282t）和第二偏压电阻表面电阻值r□2。在图2d中，第二偏压电阻282通过第二金属电极互连290i连接第二金属电极（290或m2）和第二金属电极接触290c，来提供直流偏压和rf信号的隔离。

第一偏压电阻厚度r1t和第二偏压电阻厚度r2t少于2µm并优选少于0.5µm以便随后用蚀刻或掀离法来图形化。第一偏压电阻表面电阻值r□1和第二偏压电阻表面电阻值r□2为10ohms/□或更大，并优选为100ohms/□或更大来得到r1的值为1,000欧姆或更大，以便允许在充足rf隔离下加直流偏压。另一方面，为了保持低的rc常数和减少fbar中任何不必要的开关延迟时间，阻抗值r1和r2不应该太大。

偏压电阻的材料可以是金属，例如：ni，cr，ta，w，mo，nicr和它们的合金。它们也可以由金属氧化物和金属氮氧化物做成，例如：zno，znon，insno，insnon，znino，zninon，znsno，znsnon，ruo2，tan，bi2ru2o7，ruo2，bi2ir2o7和其它半导体例如si，只要偏压电阻的表面电阻值够大，并且偏压电阻具有稳定的热特性。偏压电阻层可以由真空方法沉积，例如蒸发、和在充有ar气体或ar,o2和/或n2混合气体的真空腔内的dc溅射和rf溅射。根据本发明的一实施例，第一偏压电阻281和第二偏压电阻282在同一制造步骤中制造，并优选同样的材料、厚度、成分和表面电阻值，被沉积在底部支持膜230上或被直接沉积在底部基体210上。它们也可以用不同的制造步骤并使用不同的材料、不同厚度、不同的成分和不同的表面电阻值。

应该指出的是可以通过只使用一个偏压电阻来实现rf信号和dc偏压电路间的隔离。根据本发明的一实施例，在midmfbar结构中，dc偏压和rf信号的隔离可以通过只使用一个偏压电阻（281或282）来提供。如果仅使用第一偏压电阻281，第二金属电极互连290i会直接连接到第二金属电极接触290c上。另一方面，如果只使用第二电阻282，第一金属电极接触240c将直接连接到第一金属电极240上。此外，一个偏压电阻和一个偏压电感串联的组合可以用来替换第一或/与第二偏压电阻来提供直流偏压给mdmfbar结构并实现rf信号和dc偏压电路间的隔离。

电位vdc+通过第二金属电极接触290c、第二偏压电阻和第二金属电极互连290i来提供给第二金属电极（290或m2）。vdc+和vdc-在第二金属电极（290或m2）和第一金属电极（240或m1）之间产生第一直流偏压v1=vdc+-vdc-，该直流偏压则在第一压电层250中产生并调控具有第一压电层耗尽区厚度250dt的第一压电层耗尽区250d，结果是造就了有第一压电中性区厚度250nt的第一压电中性区250n。rf信号（rf+，rf-）被加在第一金属电极240和第二金属电极互连290i之间或者rf信号会在midmfbar（200d）中产生并从第一金属电极和第二金属电极互连290i之间获得。

图2e显示了在图2d中的midm结构中，电场强度ξ(x,v)沿着线b-b’随距离的分布。实线代表了当第一直流偏压v1=vdc+-vdc-被加在第二金属电极（290，m2）和第一金属电极（240，m1）之间时的电场强度ξ(x,v1)。虚线代表了当第二直流偏压v1被加在290和240之间时的电场强度ξ(x,v2)。第二在第一直流偏压v1作用下，具有第一压电耗尽区厚度250dt的第一压电耗尽区250d形成了，该第一压电耗尽区与第一本征压电半导体层255以及由第一压电层中性区250n和第二金属电极290的组合形成的第一质量负荷一起，产生第一谐振频率f1。当有着更大值的第二直流偏压v2加在m2（290）和m1（240）之间时，第一压电耗尽区的厚度从250dt增加到250dt'导致第一压电中性区厚度250nt'的减少。这些变化导致活跃层厚度的增加和由新的第一压电中性区和第二金属电极290的组合引起的第二质量负荷的减少，使得在mdmfbar中产生第二谐振频率f2。同理，当加第三直流偏压v3时，在这个fbar中会产生第三谐振频率f3。

于是，通过施加多个连续变化的直流偏压到前述第一偏压电阻281和第二偏压电阻282上，可以在同一midmfbar（200d）中获得多个谐振频率。因此，不需任何运动部件就可以获得电压调频。对于特定的直流偏压差值δvdc=v2–v1，第二谐振频率和第一谐振频率之间的差值δf=f2–f1取决于第一压电层耗尽区厚度差值δ250dt=250dt’-250dt=δwn和质量负荷的变化值。应该指出的是如果使用掺杂成p型导电性的第一压电半导体层250，电场分布应该有正的斜率。

因为电场强度曲线ξ(x,v1)和ξ(x,v2)的斜率（sp1，sp2）与第一压电掺杂浓度nd（对n类型掺杂）成正比，并且δwn/δvdc的值随着nd的减少而增加，根据本发明，当优选第一压电层掺杂浓度nd在10¹⁴cm^-3到10²¹cm^-3的范围内时，或更优选在10¹⁵到10²⁰cm^-3的范围内时，midmfbar（200d）的谐振频率调谐的灵敏度可以提高。

直流偏压的变化会导致电场强度的变化（δξo）和第一压电耗尽区厚度的变化（δwn），这里，δwn=xn(v2)–xn(v1)=250dt’-250dt。由于第一本征压电半导体层255的存在，由虚线表示的电场强度曲线ξ(x,v2)和实线表示的电场强度曲线ξ(x,v1)之间的面积所给出的直流偏压变化（δvdc=v2-v1）一部分降在（255）上。面积（δvdc=v2-v1）分两个部分：一个部分在第一本征压电半导体层（255）的二条水平线之间，而另一部分则在第一压电半导体层250的二条斜线之间。所以，与显示在图2a中的mdm结构比较，相同直流电压的变化量将导致更小的δwn（=xn(v2)–xn(v1)）的变化。

由于第一本征压电半导体层255内的低离子密度，为了形成第一压电耗尽区厚度250dt来获得所期望的谐振频率而所需的电场强度ξo1，与显示在图2a中的mdm结构比较，可以减少。此外，由于第一本征压电半导体层255的存在，xn(v)随着直流（dc）偏压v的变化会小得多，因此，用直流电压调频的灵敏度将增加。比起前述的mdm结构，此midmfbar结构还允许第一压电半导体层250有更高的掺杂浓度。

由于第一压电耗尽区250d充当着给加在（m1）和（m2）之间的rf信号和压电层（250，255）中的机械声波振动提供相互作用的活性区的一部分，而第一压电耗尽区的厚度会随直流电压变化，并且因为第一压电中性区250n和第二金属电极m2所形成的质量负荷会随dc偏压变化，midmfbar（200d）的谐振频率是由所加的直流偏压来调谐和调整。当第一压电掺杂浓度nd减小时，第一压电耗尽区厚度随直流偏压的变化δwn(250dt’-250dt）会更大，因此，可以根据对表面声波频率调整的灵敏度的需求，来调整第一压电掺杂浓度nd。值得注意的是，在第一压电层250中的掺杂浓度分布不需要是一个常数，它可以是缓变的，阶梯式的或其它浓度分布。根据本发明，多个可调谐并具有集成偏压电阻（281）r1和（282）r2的midmfbar（200d）可以合并形成微波或毫米波带通滤波器、开关或功率分配器。

第一压电半导体层d1（250）的材料从以下一组复合材料中挑选：aln，gan，algan，zno，gaas，alas，algaas，只要它们具有压电性，有足够大的声耦合系数，并且是可以掺杂成p型和n型导电性的半导体。第一本征压电半导体层255的材料从下面一组复合材料中挑选：aln，gan，algan，zno，gaas，alas，algaas，linbo3,pzt,batio3,石英和knbo3，只要它们具有压电性，有足够大的声耦合系数，并与第一压电层250兼容。第一压电层厚度250t选择在50nm到20µm的范围，决定于在第一压电层250中的声波速度和应用所需的第一谐振频率fo1和多个其它谐振频率。第一本征压电层255选择在50nm到20µm的范围内，并取决于第一压电层250中的声波速度和应用所需的第一谐振频率fo1以及其它多个谐振频率。

为了改进热稳定性，可以增加一个有温度补偿层厚度295t的温度补偿层295。该温度补偿层295的材料可以是sio2或sion。第一钝化层298的材料可以从如下一组复合材料中挑选：sio2,si3n4,sion,hfo2,和它们的混合物。底部基体210的材料可以从下面一组材料中挑选：si、gaas、蓝宝石晶圆、石英和玻璃。底部支持膜230的材料可以从下面一组材料中挑选：sio2,si3n4和sion，只要它们有足够高的机械强度和足够低的声波衰减。底部支持膜230的材料和底部支持膜厚度230t可以选择来影响温度补偿，以便减少由于操作期间温度波动造成的不必要的谐振频率的偏移。

根据本发明，多个具有midm结构的可调谐的fbar（200d），每一个有集成偏压电阻（281）r1和（282）r2，可以结合形成用于微波或毫米波的带通行滤波器、开关和功率分配器。

具有集成偏压电阻的m1d1d2m2fbar结构：

根据本发明的另一实施例，图3a显示有集成偏压电阻的m1d1d2m2fbar或mddmfbar结构（300a）的部分概要图。这里，m1是第一金属电极，d1是掺杂第一压电半导体层，d2是掺杂第二压电半导体层，m2是第二金属电极。此m1d1d2m2fbar或mddmfbar结构（300a）包括一个具有底部基体厚度210t的底部基体210；一个具有底部支持膜厚度230t的底部支持膜230；一个具有声波隔离区厚度215t的声波隔离区215；一个具有第一金属电极厚度240t的第一金属电极240；一个具有第一金属电极接触厚度240ct的第一金属电极接触240c连接到直流（dc）偏压源的负极；一个掺杂第一压电半导体层250有第一掺杂压电层厚度250t、第一压电层掺杂类型和第一压电层掺杂浓度；一个掺杂第二压电半导体层270有第二掺杂压电层厚度270t、与第一压电层掺杂类型相反的第二压电层掺杂类型和第二压电层掺杂浓度；一个具有第二金属电极厚度290t的第二金属电极290；一个具有第二金属电极接触厚度290ct的第二金属电极接触290c连接到直流（dc）偏压源的正极；一个有第一钝化层厚度298t的第一钝化层298；一个有第一温度补偿层厚度295t的第一温度补偿层295来改进mddmfbar（300a）的热稳定性；一个有着第二金属电极互连厚度290it的第二金属电极互联290i，该第二金属电极互连290i通过在第一钝化层298和第一温度补偿层295的开口处电连到第二金属电极290。在（300a）中，声波隔离区215用于声波隔离，可以是空气隙或者有多个反射层的多层反射器。

第一压电半导体层250是掺杂半导体，可以是n型或p型并优选为n型。第二压电半导体层270也是掺杂半导体。在图3a中，第一压电半导体层250由第一压电耗尽区边缘250b分成二个区：一个具有第一压电耗尽区厚度250dt的第一压电耗尽区250d和一个具有第一压电中性区厚度250nt的第一压电中性区250n。第二压电半导体层270同样由第二压电耗尽区边缘270b分离成二部分：一个具有第二压电耗尽区厚度270dt的第二压电耗尽区270d和一个具有第二压电中性区厚度270nt的第二压电中性区270n。第一压电中性区250n和第二压电中性区270n是电导体，而第一压电耗尽区250d和第二压电耗尽区270d则是本征的，是电绝缘体。在这个mddmfbar中，第一压电耗尽区250d和第二压电耗尽区270d构成一个联合压电活性层，并允许rf信号和声波信号间的相互作用的发生。

因为rf信号和声波信号之间的相互作用主要发生在第一压电耗尽区250d和毗邻的第二压电耗尽区270d，会受第一压电耗尽区250和第二压电耗尽区270的厚度（250dt，270dt）的影响。鉴于250dt和270dt可以通过变化加在第一金属电极240和第二金属电极290之间的直流（dc）偏压的极性或/与大小来调整，该mddmfbar结构的振荡特性和谐振频率，以及任何基于该半导体压电层微波声波效应的滤波器、开关或其它设备的振荡特性和谐振频率，都可以根据本发明采用改变直流电压的极性和大小来调整。

具有第一偏压电阻值r1的第一偏压电阻281和具有第二偏压电阻值r2的第二偏压电阻与mddmfbar（300a）集成，来提供直流偏压和在rf信号和直流偏压电路之间提供隔离。第一偏压电阻281和第二偏压电阻282优选为集成薄膜电阻器，可以拥有不同的形状，例如长方形、之字形、正方形、椭圆形、三角形、梯形、金刚石形、菱形和平行四边形。当第一电阻器281为了简便优选为如图2b所示的长方形形状时，它有第一偏压电阻长度r1l（281l），第一偏压电阻宽度r1w（281w，图2b），第一偏压电阻厚度r1t（281t）和第一偏压电阻表面电阻值r□1。在mddmfbar结构（300a）中，第一偏压电阻281连接第一金属电极240和第一金属电极接触240c，以便通过（240c）和（281）来提供电位vdc-到第一金属电极（240或m1）上，并为rf信号和dc电源电路之间提供隔离。当第二偏压电阻282优选为如图2b所显示的长方形时，它有第二偏压电阻长度r2l（282l），第二偏压电阻宽度r2w（282w，图2b），第二偏压电阻厚度r2t（282t）和第二偏压电阻表面电阻值r□2。在图3a中，第二偏压电阻282通过第二金属电极互连290i连接第二金属电极（290或m2）和第二金属电极接触290c，来提供直流偏压和隔离rf信号。rf信号（rf+，rf-）被加第一金属电极240和第二金属电极互连290i之间，rf信号也可以在mddmfbar（300a）中产生并从第一金属电极240和第二金属电极互连290i之间获得。

应该指出，在图3a中，第一金属电极接触240c也可以连接到直流偏压源的正极接头，而第二金属电极接触290c则连接到dc偏压的负极接头。根据本发明的一实施例，直流偏压和mddmfbar结构的rf隔离可以通过只使用一个偏压电阻来达成（281或282）。如果仅使用第一偏压电阻（281），第二金属电极互连290i将直接连接到第二金属电极接触290c。另一方面，如果仅使用第二电阻器282，第一金属电极接触240c将直接连接到第一金属电极240。此外，一个偏压电阻和一个偏压电感的串联组合可以用来替换第一偏压电阻或/与第二偏压电阻以提供dc偏压给该mdmfbar结构并实现rf信号和dc偏压电路间的隔离。

第一偏压电阻281和第二偏压电阻282的电阻值r1和r2大于200欧姆并且优选大于1,000欧姆来隔离rf信号。偏压电阻宽度r1w和r2w不大于偏压电阻长度r1l和r2l。偏压电阻厚度r1t和r2t小于2µm并优选小于0.5µm以便随后用蚀刻或掀离法来图形化。第一和第二偏压电阻表面值r□1和r□2为10ohms/□或更大，并且优选为100ohms/□或更大来得到r1的电阻值为1,000欧姆或更大，以实现直流偏压的施加并允许足够的rf隔离。另一方面，为了保持足够低的rc常数和减少fbar中任何不必要的开关延迟时间，电阻值r1和r2不应该太大。

偏压电阻的材料可以是金属，例如：ni，cr，ta，w，mo，nicr和它们的合金。偏压电阻也可以由金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物做成，例如：zno，znon，insno，insnon，znino，zninon，znsno，znsnon，ruo2，tan，bi2ru2o7，ruo2，bi2ir2o7和其它半导体，例如si，只要偏压电阻的表面电阻值够大，并且偏压电阻有稳定的热特性。偏压电阻层可以由真空方法沉积，例如蒸发，和在充有ar气体或ar,o2和/或n2混合气体的真空腔内的dc溅射和rf溅射。根据本发明的一实施例，第一偏压电阻281和第二偏压电阻282在同一制造步骤中制造，并优选同样的材料、厚度、成分和薄膜电阻值，被沉积在底部支持膜230上或被直接沉积到底部基体210上。它们也可以用不同的制造步骤并使用不同的材料、不同的厚度、不同的成分和不同的表面电阻值。

电位vdc+是通过第二金属电极接触290c、第二偏压电阻282和第二金属电极互连290i来提供给第二金属电极（290或m2）的。vdc+和vdc-在第二金属电极（290或m2）和第一金属电极（240或m1）之间产生第一直流偏压v1=vdc+-vdc-。该第一直流偏压在第一压电层250中产生第一压电层耗尽区250d，在第二压电层270中产生第二压电层耗尽区270d，该第二压电层耗尽区270d与第一压电层耗尽区250d毗邻。第一直流偏压也调控第一压电层耗尽区厚度250d和第二压电耗尽区厚度270dt。

图3b显示了在图3a中的mddm结构中，电场强度ξ(x,v)沿着线c-c’随距离的分布。实线代表当第一直流偏压v1=vdc+-vdc-被加在第二金属电极（290或m2）和第一金属电极（240或m1）之间时的电场强度ξ(x,v1)。虚线代表当第二直流偏压v2加在290和240之间时的电场强度ξ(x,v2)。值得注意的是，最大电场出现在第一掺杂压电层和第二掺杂压电层之间的界面上。在第一直流偏压v1的作用下，有第一压电耗尽区厚度250dt的第一压电耗尽区250d和有第二压电耗尽区厚度270dt的第二压电耗尽区270d与由厚度为250nt的第一压电层中性区250n、厚度为270nt的第二压电层中性区270n以及第二金属电极（m2，290）的组合所产生的第一质量负荷一起产生第一谐振频率f1。当施加有更大值的第二直流偏压v2时，在第一压电耗尽区250d和第二压电耗尽区270d中的电场强度增加产生一个新的电场分布ξ(x，v2)。这个变化造成一个新的第一压电耗尽区有新的第一压电耗尽区厚度250dt'，一个新的第一压电中性区有新的第一压电中性区厚度250nt'，一个新的第二压电耗尽区有新的第二压电耗尽区厚度270dt'和一个新的第二压电中性区有新的第二压电中性区厚度270nt'。这一变化导致第一和第二压电耗尽区（250d，270d'）的厚度（250dt'，270dt'）增加以及第一和第二压电中性区（250n，270n）的厚度（250nt'，270nt'）减少，因此，组合压电活性层厚度增加。同时，由新的第一压电中性区、新的第二压电中性区和第二金属电极290所组合而成的第二质量负荷值减少。减少的第二质量负荷和增加的组合压电活性层厚度一起影响mddmfbar（300a）谐振在第二谐振频率f2上。同样，当加第三直流偏压v3时，第三谐振频率f3将会产生在mddmfbar(300a)中。

因此，通过施加多个连续变化的直流偏压到前述第一偏压电阻281和第二偏压电阻282上，就可以在同一个mddmfbar（300a）中实现多个谐振频率。从而，不需任何运动部件就可以获得电压调频。对于特定的直流电压差值δvdc=v2–v1，第二谐振频率和第一谐振频率之间的差值δf=f2-f1取决于第一个压电层耗尽区厚度的差值δ250dt=250dt’-250dt=δwn、第二压电层耗尽区厚度的差值δ270dt=270dt’-270dt=δwp和质量负荷的变化值。

因为电场分布曲线ξ(x,v1)和ξ(x,v2)的斜率的大小在第一压电耗尽区（250d，250d'）中与第一压电层掺杂浓度成正比，而电场分布曲线ξ(x,v1)和ξ(x,v2)的斜率的大小在第二压电耗尽区（270d，270d'）中与第二压电层掺杂浓度成正比，因此在mddmfbar中，第一压电层掺杂浓度和第二压电层掺杂浓度可以根据表面声波调频的灵敏度需求来优选。当第一压电层掺杂浓度和第二压电层掺杂浓度被选择在10¹⁴cm^-3到10²¹cm^-3的范围内或更优选在10¹⁵到10²⁰cm^-3的范围内时，mddmfbar（300a）谐振频率的调谐灵敏度会提高。值得注意的是，第一压电半导体层250中的掺杂浓度的分布和第二压电半导体层270中的掺杂浓度的分布不需要是常数。它可以是渐变的，级变的或其它浓度分布。

直流偏压的变化（δvdc）会导致电场强度的变化（δξo）、第一压电耗尽区宽度的变化（δwn）和第二压电耗尽区宽度的变化（δwp）。直流偏压的变化（δvdc）由虚线电场曲线ξ(x,v2)和实线电场曲线ξ(x,v1)之间的面积给出。耗尽区宽度的总变化(δwn+δwp)=[xn(v2)–xn(v1)]+[xp(v2)–xp(v1)]=[250dt'-250dt]+[270dt'–270dt]。因为耗尽区（250d，270d）充当着给压电层中rf信号和机械声波振动提供相互作用的组合活性区，而且第一和第二个压电耗尽区（250，270）的厚度（250dt，270dt）是通过变化加在240和290之间的直流偏压来控制的，mddmfbar（300a）中的谐振频率是由所加的直流（dc）偏压来调整的。根据本发明，多个具有集成偏压电阻（281）r1和（282）r2的可调谐的mddmfbar（300a）可以合并形成微波或毫米波带通滤波器、开关或功率分配器。

为改进热稳定性，可以增加一个有具温度补偿层厚度295t的温度补偿层295。该温度补偿层295的材料可以是sio2或sion。第一钝化层298可以从下面一组材料中挑选：sio2,si3n4,sion,hfo2,和它们的混合物。底部基体210的材料可以从下面一组材料中挑选：si、gaas、蓝宝石晶圆、石英和玻璃、aln、氧化铝。底部支持膜230的材料可以从如下一组材料中挑选：sio2,si3n4和sion，只要它们具有足够的机械强度和足够低的声波衰减。底部支持膜230的材料和底部支持膜厚度230t可以选择来实现温度补偿，以便减少由于操作期间温度波动所造成的不必要的谐振频率的偏移。值得一提的是，当第一压电半导体层250被掺杂成p型导电性时，电场分布应该有负的斜率。

第一压电半导体层250的材料从下面一组复合材料中挑选：aln，gan，algan，zno，gaas，alas，algaas，只要它们具有压电性，有足够大的声耦合系数，并且是可以掺杂成p型和/或n型导电性的半导体。第二压电层270的材料也从下面一组复合材料中挑选：aln，gan，algan，zno，gaas，alas，algaas，只要它们具有压电性，有足够大的声耦合系数，是可以掺杂成p型和/或n型导电性的半导体。第一压电层厚度250t和第二压电层厚度270t选择在20nm到50µm的范围内，并决定于在第一压电层和第二压电层中的声波速度，以及应用所需的第一谐振频率fo1以及其它多个谐振频率。

第一金属电极m1（240）和第二金属电极m2（290）可以具有多层结构。因为第一金属电极m1的顶层与第一压电半导体层d1（250）接触，第一金属电极m1的功函数应优选为与掺杂第一压电半导体层d1（250）之间形成一个电阻型接触。而第二金属电极290的底层与第二压电半导体层d2（270）接触，第二金属电极290的功函数则应优选与掺杂第二压电半导体层270之间形成一个电阻型接触。

当第一压电半导体层250是n型掺杂而第二压电半导体层250是p型掺杂时，应优选第一金属电极240顶层的功函数相等或小于第一压电半导体层功函数。也应优选第二金属电极的底层的功函数等于或大第二压电半导体层功函数。第一金属电极240的顶层材料可以从下面一组材料中挑选：ti，al，w，mo，ta，nb，ha以及它们的合金，第一金属电极240的其余部分的材料可以从下面一组材料中挑选：mo，al，ti，cu，au以及它们的合金来减少电阻。第二金属电极290的底层材料可以从下列一组材料中挑选：ni，pt，pd，au以及它们的合金，只要其功函数足够大。第二金属电极（290）的其余部分的材料可以从下面一组材料中挑选：mo，al，ti，cu，au以及它们的合金来减少电阻。

当第一压电半导体层250是p型和第二压电半导体层270是n型时，应优选第一金属电极240顶层的功函数相等或大于掺杂第一压电半导体层的功函数。也应优选第二金属电极290底层的功函数小于第二压电半导体层的功函数或与之相同。第一金属电极240的顶层材料可以从下列一组材料中挑选：ni,pt,pd,au和它们的合金，只要它们有足够大的功函数。第一金属电极240的其余部分的材料可以从下面一组材料中挑选：mo，al，ti，cu，au和它们的合金来减少电阻。第二金属电极290底层的材料可以从如下一组材料中挑选：ti,al,w,mo,ta,nb,ha和它们的合金。第二金属电极290的其他部分的材料可以从下面一组材料中挑选：mo，al，ti，cu，au和它们的合金来减少电阻。

第一金属电极接触240c的材料可以与第一金属电极240的材料相同，并优选和第一金属电极240一起在同一步骤中沉积。而第二金属电极接触290c和第二金属电极接触互连290i的材料也可以与第二金属电极290的材料相同，并且优选和第二金属电极290一起在同一步骤中沉积。

具有集成偏压电阻的m1d1i1d2m2结构：

为了获得操作频率，图3a中的可调谐的mddmfbar的直流偏压值v1=vdc+-vdc-对某些移动设备可能太高，频率调谐的敏感度也可能不够精确。为了减少所需的直流偏压值和改进调谐的敏感度，本发明的另一实施例提供一个至少含有一个集成偏压电阻的可调谐具有m1d1i1d2m2结构的fbar或mdidmfbar。

图3c显示了有集成偏压电阻的m1d1i1d2m2或mdidmfbar结构（300c）的部分概要图。这里，m1是第一金属电极，d1是掺杂第一压电半导体层，i1是本征压电半导体层，d2是掺杂第二压电半导体层，m2是第二金属电极。

此mdidmfbar结构（300c）包括一个有底部基体厚度210t的底部基体210；一个有声波隔离区厚度215t的声波隔离区域215；一个有底部支持膜厚度230t的底部支持膜230；一个有第一金属电极厚度240t的第一金属电极m1（240）；一个有第一金属电极接触厚度240ct的第一金属电极接触240c连接到直流（dc）偏压源的负极；一个第一压电半导体层250有第一压电层厚度250t、第一压电层掺杂类型和第一压电层掺杂浓度；一个有第一本征压电层厚度255t的第一本征压电半导体层255；一个第二压电半导体层270，有第二压电层厚度270t、和第一压电层掺杂类型相反的第二压电层掺杂类型和第二压电层掺杂浓度；一个有第二金属电极厚度290t的第二金属电极290；一个有第二种金属电极接触厚度290ct的第二金属电极接触290c连接到直流偏压源的正极；一个有第一温度补偿层厚度295t的第一温度补偿层295用于改进fbar的热稳定性；一个有第一钝化层厚度298t的第一钝化层298；一个有第二金属电极互连厚度290it的第二金属电极互连290i，该第二金属电极互连290i通过第一钝化层298和第一温度补偿层295的开口处电连接到第二金属电极290。在300c中，声波隔离区215用于声波隔离，可以是空气隙或者有多个反射层的多层反射器。在上述的mdidm结构中,第一本征压电半导体层255是被沉积在第一压电半导体层250和第二压电半导体层270之间的。

值得注意的是，图3c中的第一金属电极接触240c也可以连接到直流偏压源的正极，而第二金属电极接触290c则连接到直流偏压源的负极。

第一压电半导体层250是一个掺杂半导体，可以是n型或p型并优选为n型掺杂。第一本征压电半导体层255没有有意掺杂，所以有很低的掺杂浓度（10¹³cm^-3或更低），是电绝缘体。第二压电半导体层270是掺杂半导体。在图3c中，第一压电半导体层250由第一压电耗尽区边缘250b分成二部分：一个有第一压电耗尽区厚度250dt的第一压电耗尽区250d和一个有第一压电中性区厚度250nt的第一压电中性区250n。同样，第二压电半导体层270也由第二压电耗尽区边缘270b分成二部分：一个有第二压电耗尽区厚度（270dt）的第二压电耗尽区270d，和一个有第二压电中性区厚度270nt的第二压电中性区270n。第一压电中性区250n和第二压电中性区270n是电导体，而第一压电耗尽区250d、第二压电耗尽区270d和第一本征压电半导体层255是具有本征特性的电绝缘体。在这个mdidmfbar中，第一压电耗尽区250d、第一本征压电半导体层255和第二压电耗尽区270d组成一个组合压电活性层并允许rf信号和声波信号的相互作用的发生。因为rf信号和声波信号之间的相互作用主要发生在组合压电活性层中，而且鉴于厚度250dt和270dt可以通过改变加在第一金属电极240和第二金属电极290之间的直流偏压的极性或/与大小来调整，因此，根据本发明，所有基于半导体压电层微波声波效应的mdidmfbar结构、滤波器、开关或其它设备的共振特性和频率都可以用改变直流偏压的极性和/或大小来调谐和调整。

具有第一偏压电阻值r1的第一偏压电阻281和具有第二偏压电阻值r2的第二偏压电阻与mdidmfbar（300c）集成，来提供直流偏压和rf信号和直流偏压电路之间的隔离。第一偏压电阻281和第二偏压电阻282优选为集成薄膜电阻器，可以有不同的形状。当第一偏压电阻281为了简化优选为长方形时，它有第一偏压电阻长度r1l（281l）、第一偏压电阻宽度r1w（281w，图2b）、第一偏压电阻厚度r1t（281t）和第一偏压电阻表面电阻r□1。在mdidmfbar（300c）结构中，第一偏压电阻（281）连接第一金属电极240和第一金属电极接触240c，以便通过240c和281提供电位vdc-到第一金属电极（240或m1）上，并为rf信号和直流电源电路之间提供隔离。当第二偏压电阻282优选为具有长方形时，它有第二偏压电阻长度r2l（282l）、第二偏压电阻宽度r2w（282w）、第二偏压电阻厚度r2t（282t）和第二偏压电阻表面电阻r□2。在图3c中，第二偏压电阻282通过第二金属电极互连290i连接第二金属电极（290或m2）和第二金属电极接触290c，来提供直流偏压和rf信号的隔离。在mdidmfbar（300c）中，rf信号（rf+，rf-）被加在第一金属电极240和第二金属电极互连290i之间，或者rf信号会在第一金属电极240和第二金属电极互连290i之间获得。

根据本发明的一实施例，直流偏压和mdidmfbar（300c）结构的rf隔离可以通过只使用一个偏压电阻（281或282）来提供。如果使用仅第一偏压电阻281，第二金属电极互连290i将直接连接到第二金属电极接触290c上。另一方面，如果仅使用第二电阻282，第一金属电极接触240c将直接连接到第一金属电极240上。此外，一个偏压电阻和一个偏压电感串联的组合可以用来替换第一或/与第二偏压电阻以提供直流（dc）偏压给mdmfbar结构并实现rf信号和dc偏压电路间的隔离。

第一偏压电阻281和第二偏压电阻282的电阻值r1和r2大于200欧姆并且优选大于1,000欧姆来隔离rf信号。偏压电阻宽度r1w和r2w不大于偏压电阻长度r1l和r1l。偏压电阻厚度r1t和r2t少于2µm并优选少于0.5µm以便随后用蚀刻或掀离法来图形化。第一和第二偏压电阻表面电阻值r□1和r□2为10ohms/□或更大，并且优选为100ohms/□或更大来得到r1和r2的值为1,000欧姆或更大，以便允许在足够rf隔离下加直流偏压。然而，为了保持低的rc常数和减少fbar中任何不必要的开关延迟时间，电阻值r1和r2不应该太大。

偏压电阻的材料可以是金属，例如：ni、cr、ta、w、mo、nicr和它们的合金。它们也可以由金属氧化物和金属氮氧化物做成，例如：zno、znon、insno、insnon、zninozninon、znsno、znsnon、ruo2、tan、bi2ru2o7、ruo2、bi2ir2o7和其它半导体例如si，只要偏压电阻的表面电阻值足够大，并且偏压电阻具有稳定的热特性。偏压电阻层可以由真空方法沉积，例如蒸发、在充有ar气体或ar,o2和/或n2混合气体的真空腔内的dc溅射和rf溅射。根据本发明的一实施例，第一偏压电阻281和第二偏压电阻282在同一制造步骤中制造，并优选同样的材料、厚度、成分和表面电阻值，被沉积在底部支持膜230上或被直接沉积在底部基体210上。它们也可以用不同的制造步骤并使用不同的材料、不同的厚度、不同的成分和拥有不同的表面电阻值。

在图3c中，电位vdc+通过第二金属电极接触290c、第二偏压电阻282和第二金属电极互连290i提供给第二金属电极（290或m2）。vdc+和vdc-在第二金属电极（290或m2）和第一金属电极（240或m1）之间产生第一直流偏压v1=vdc+-vdc-。该第一直流偏压v1在第一压电层250中产生一个第一压电耗尽区250d，在第二压电层270中产生一个第二压电耗尽区270d，该第一压电耗尽区250d和第二压电耗尽区270d均毗邻第一本征压电层255。第一直流偏压v1也控制第一压电耗尽区厚度250dt和第二压电耗尽区厚度270dt。

图3d显示了在图3c中的mdidm结构中，电场强度ξ(x,v)沿着线d-d’随距离的分布。实线代表了当第一dc偏压v1=vdc+-vdc-加在第二金属电极（290或m2）和第一金属电极（240或m1）之间时的电场强度ξ(x,v1)。虚线代表了当第二直流偏压v2加在290和240之间时的电场强度ξ(x,v2)。值得注意的是，最大电场出现在第一本征压电半导体层255内。在第一直流偏压v1的作用下，由第一压电耗尽区250d、第一本征压电半导体层255和第二压电耗尽区270d所组成的组合压电活性层，与由第一压电层中性区250n、第二压电层中性区270n以及第二金属电极（m2，290）组合形成的第一质量负荷一起，产生出第一谐振频率f1。当有着更大值的第二直流偏压v2加上时，电场值在第一压电耗尽区250d中、第一本征压电层255中和第二压电耗尽区270d中增加，给出新的电场分布ξ(x,v2)。这变动形成了一个新的第一压电耗尽区有着增加了的第一压电耗尽区厚度250dt'，一个新的第一压电中立区有着减少了的第一压电中性区厚度250nt'，一个新的第二压电耗尽区有着增加了的第二压电耗尽区厚度270dt'以及一个新的第二压电中立区有着减少了的第二压电中性区厚度270nt'。这些导致第一和第二压电耗尽区的厚度值的增加，以及第一和第二压电中性区的厚度值的减少，因此，组合压电活性层厚度增加。与由新的第一压电中性区、新的第二压电中性区和第二金属电极290所组合的减少了的第二质量负荷一起，增加的组合压电活性层厚度影响mdidmfbar（300c）的谐振，产生出第二谐振频率f2。当第三直流偏压v3被加上时，mddmfbar将产生第三谐振频率f3。

因此，通过施加多个连续变化的直流（dc）偏压到前述第一偏压电阻281和第二偏压电阻282上，可以在同一mdidmfbar（300c）中获得多个谐振频率。因此，不需要任何运动部件就可以获得电压调整。对于特定的直流偏压差值δvdc=v2–v1，第二谐振频率和第一谐振频率之间的差值δf=f2-f1取决于第一压电层耗尽区厚度差值δ250dt=250dt’-250dt=δwn、第二压电层耗尽区厚度差值δ270dt=270dt’-270dt=δwp和质量负荷的变化值。

根据本发明，多个可调谐的mdidmfbar（300c），其中每一个有集成偏压电阻（281）r1和（282）r2，可以结合形成微波或毫米波带通滤波器、开关和功率分配器。

因为电场分布曲线ξ(x,v1)和ξ(x,v2)的斜率大小在第一压电耗尽区（250d，250d'）内与第一压电层掺杂浓度成正比，而电场分布曲线ξ(x,v1)和ξ(x,v2)的斜率大小在第二压电耗尽区（270d，270d'）中与第二压电层掺杂浓度成正比，因此，在mdidmfbar（300c）中，第一压电层掺杂浓度和第二压电层掺杂浓度可以根据对表面声波调频的灵敏度的需求来调整。当第一压电层掺杂浓度和第二压电层掺杂浓度被选择在10¹⁴cm^-3到10²¹cm^-3的范围内时，或更优选在10¹⁵到10²⁰cm^-3的范围内时，mdidmfbar（300c）的谐振频率调谐的灵敏度可以提高。值得注意的是，第一压电半导体层250的掺杂浓度分布和第二压电半导体层270的掺杂浓度分布不需要是一个常数。它可以是缓变的、阶梯式的或是其它浓度分布。

直流偏压的变化（δvdc）会导致一个电场强度的变化（δξo）、一个第一压电耗尽区厚度的变化（δwn）和一个第二压电耗尽区厚度的变化（δwp）。因此，直流偏压的变化（δvdc）会导致一个在第一本征压电半导体层（255）中的电场强度的变化（δξo）和一个总耗尽区厚度的变化（δwn+δwp=[xn(v2)–xn(v1)]+[xp(v2)–xp(v1)]=[250dt'-250dt]+[270dt'–270dt]）。

由于第一本征压电半导体层255的存在，由虚线电场强度曲线ξ(x,v2)和实线电场强度曲线ξ(x,v1)之间的面积所给出的直流偏压的变化（δvdc=v2-v1），一部分降在255上。面积（δvdc=v2-v1）有三个部分：一个部分在第一本征压电半导体层255的二条水平线之间，另一部分在第一压电半导体层（250）的二条斜线之间，第三部分在第二压电半导体层270的二条斜线之间。所以，与显示在图3a中的mdm结构比较，相同直流电压的变化量将导致更小的厚度变化（δwn+δwp）（δwn+δwp=[xn(v2)–xn(v1)]+[xp(v2)–xp(v1)]。

由于第一本征压电半导体层255中的低离子密度，为了形成第一压电耗尽区厚度250dt和第二压电耗尽区厚度270dt来获得所期望的谐振频率而所需的电场强度ξo1与显示在图3a中的mddm结构相比较，可以减少。此外，由于第一本征压电半导体层255的存在，xn(v)和xp(v)随着直流偏压v的变化会小得多，因此，直流电压调频的灵敏度将增加。比起前述的mddm结构（300a），此mdidmfbar（300c）结构还允许第一压电半导体层250和第二压电半导体层270有着更高的掺杂浓度。

第一压电半导体层250和第二压电半导体层270的材料从下面一组复合材料中挑选：aln，gan，algan，zno，gaas，alas，algaas，只要它们具有压电性，有足够大的声耦合系数，并且是可以掺杂成p型和n型导电性的半导体。第一本征压电层255的材料从如下一组复合材料中挑选：aln，gan，algan，zno，gaas，alas，algaas，linbo3,pzt,batio3,quartzandknbo3，只要它们具有压电性，有足够大的声耦合系数，并与第一压电半导体层250兼容。第一压电层厚度250t和第二压电层厚度270t被选择在20nm到50µm的范围内，并取决于在第一压电层250内的声波速度和应用所需的第一谐振频率fo1以及其它多个谐振频率。第一本征压电层厚度255t选择在20nm到50µm的范围内，并决定于在第一压电层250中的声波速度和应用所需的第一谐振频率fo1和其他多个谐振频率。

温度补偿层的材料可以是sio2或sion。第一钝化层298可以从如下一组材料中挑选：sio2,si3n4,sion,hfo2和它们的混合物。底部基体210的材料可以从下面一组材料中挑选：si，gaas，蓝宝石晶圆，石英和玻璃。底部支持膜230的材料可以从下面一组材料中挑选：sio2,si3n4,sion，只要它们有足够的机械强度和足够低的声波衰减。底部支持膜230的材料和底部支持膜厚度230t可以选择来影响温度补偿，以便减少由于操作期间温度波动所照成的不必要的谐振频率的偏移。

可调谐的fbar微波滤波器电路：

根据本发明的另一实施例，多个可调谐的fbar谐振器连接在一起，对其施加可调整的直流电压来形成具有可调谐或可调整的谐振频率的fbar滤波器。

图4a显示了由二个可调谐的fbar谐振器（340，350）连接形成的微波滤波器电路（400a）的一张概要图。该滤波器电路（400a）包括在第一接点350t连接的一个第一串联谐振器340和一个第二并联或分流谐振器350；用于阻断直流电压的一个第一耦合电容器340c和一个第二耦合电容器350c；一个第一隔离电阻340r用于隔离rf信号；以及一个第一直流电压源vdc1连接至第一源点340st处。当具有一个电压值v1s的第一直流电压源vdc1被施加在第一源点340st和公共点330之间时，第一直流电压v1s'通过第一隔离电阻340r施加在第一串联谐振器340和第二并联谐振器350的组合上，来建立第一串联谐振器340和第二并联谐振器350的偏压。第二谐振器350两端的偏压是v1s''而第一谐振器340两端的偏压则由v1s'-v1s''给出。偏压控制谐振中心频率fo1并且实现施加在第一rf输入接点310的rf信号360的传输，使得在中央频率fo1附近以及在滤波器电路400a带宽之内的微波信号被允许通过第一谐振器340，到达rf输出接点320。根据本发明，微波传输的中心频率fo1由所述第一直流电压源vdc1来选择或控制。在微波滤波器电路400a中，单个第一直流电压源vdc1和单个隔离电阻被用来为第一谐振器340和第二谐振器350维持偏压。

图4b显示了根据本发明的由两个可调谐tfbar谐振器（340，350）连接而成的微波滤波器电路400b的一张概要图。该微波滤波器电路400b包括在第一接点350t处连接的一个第一串联谐振器340和一个第二并联或分流谐振器350；用于阻断直流电压的一个第一耦合电容器340c和一个第二耦合电容器350c；一个第一隔离电阻340r和一个第二隔离电阻350r用于隔离rf信号；第一直流电压源vdc1连接至第一源点340st处和一个第二直流电压源vdc2连接至第二源点350st处。根据本发明，在过滤器电路400b中两个直流电压源被用来维持第一串联谐振器和第二并联谐振器的偏压。当具有第一电压值v1s的第一直流电压源vdc1被施加在第一源点340st和公共点330之间时，第一直流电压v1s'通过第一隔离电阻340r被施加在第一串联谐振器340和第二并联谐振器350的组合上，来建立第一串联谐振器340和第二并联谐振器350的偏压。当具有第二电压值v2p的第二直流电压源vdc2被施加在第二源点350st和公共点330之间时，第二直流电压v2p'通过第二隔离电阻350r被施加在第二并联谐振器350上来建立第二并联谐振器350的偏压。第二谐振器350两端的偏压是v2p'，而第一谐振器340两端的偏压则由v1s'-v2p'给出。第一和第二直流电压源控制中心频率fo1并且实现加在第一rf输入接点310的rf信号360的传输，使得在中央频率fo1附近以及在滤波器电路400a带宽之内的微波信号被允许通过第一谐振器340，到达rf输出接点320。微波传输的中心频率fo1由第一直流电压源vdc1和第二直流电压源vdc2来选择或控制。通过改变第一直流电压值v1s和第二直流电压值v2p，偏压，第一串联谐振器340和第二并联谐振器350两端的偏压可以分开来控制。

图4c显示了根据本发明的一个微波3½级阶梯滤波器400c的概要图。该3½级阶梯滤波器400c包括第一串联谐振器（340-1，340-2，340-3）；第二并联谐振器（350-1，350-2，350-3，350-4）；用于阻断直流电压的第一耦合电容器（340-0c，340-1c，340-2c，340-3c）和第二耦合电容器（350-4c）；用于隔离rf信号的第一隔离电阻（340-1r，340-2r，340-3r）和第二隔离电阻（350-1r）；具有第一电压值v1s，v2s，v3s的第一直流电压源vdc1连接在第一源点340st上，具有电压值v0p的第二直流电压源vdc2连接在第二源点（350st）上。上述第一直流电压源vdc1可以是三个分离的电压源提供不同的电压值v1s，v2s，v3s（即v1s≠v2s≠v3s）或提供相同的电压值（即v1s=v2s=v3s）。该第一直流电压源vdc1也可以是一个具有v1s或v2s或v3s电压值的单个直流电压源vdc1。在此3½级阶梯滤波器400c中，每对串联谐振器和并联谐振器在第一接点（340-1t，340-2t，340-3t）处连接，而第二并联谐振器（350-1）则在第二接点（350-1t）上与第一耦合电容器（340-0c）和第二隔离电阻（350-1r）相连接。具有电压值v1s，v2s，v3s的第一直流电压源vdc1通过第一隔离电阻（340-1r，340-2r，340-3r）施加到每一对第一串联谐振器（340-1，340-2，340-3）和第二并联谐振器（350-2，350-3，350-4）的组合上，来建立第一串联谐振器（340-1，340-2，340-3）和第二并联谐振器（350-2，350-3，350-4）的偏压。具有电压值v0p的第二直流电压源vdc2通过第二隔离电阻（350-1r）施加在第二并联谐振器（350-1）上对（350-1）建立偏压。偏压控制该3½级阶梯滤波器的中心频率fo1并且影响施加在第一rf输入接点310上的rf信号360的传输，使得在中心频率fo1附近以及在滤波器电路带宽之内的微波信号被允许通过第一谐振器（340-1，340-2，340-3），到达rf输出接点320。根据本发明，传输中心频率fo1是通过调整上述第一直流电压源vdc1和第二直流电压源vdc2的电压值来选择或控制的。可以在每个第二并联谐振器和公共接地点之间增加附加的电感器。

图4d是根据本发明的一个微波3½级阶梯滤波器400d的概要图。该分级阶梯滤波器400d包括第一串联谐振器（340-1，340-2，340-3）；第二并联谐振器（350-1，350-2，350-3，350-4）；用于阻断直流电压的第一耦合电容器（340-0c，340-1c，340-2c，340-3c）和第二耦合电容器（350-4c）；用于隔离rf信号的第一隔离电阻（340-1r，340-2r，340-3r，）和第二隔离电阻（350-1r，350-2r，350-3r，350-4r）；具有电压值v1s，v2s，v3s的第一直流电压源vdc1和具有电压值v0p，v1p，v2p，v3p的第二直流电压源vdc2。在该分级阶梯滤波器400d中，每对串联谐振器和并联谐振器在第一接点（340-1t，340-2t，340-3t）处连接，而第二并联谐振器（350-1）则在第二接点（350-1t）处与第一耦合电容器（340-0c）和第二隔离电阻（350-1r）相连接。所述具有电压值v1s，v2s，v3s的第一直流电压源vdc1通过第一隔离电阻（340-1r，340-2r，340-3r）施加在每一对第一串联谐振器（340-1，340-2，340-3）和第二并联谐振器（350-2，350-3，350-4）的组合上，以建立第一串联谐振器（340-1，340-2，340-3）和第二并联谐振器（350-2，350-3，350-4）的偏压。所述具有电压值v0p，v1p，v2p，v3p的第二直流电压源vdc2则通过第二隔离电阻（350-1r，350-2r，350-3r，350-4r）加在每一个第二并联谐振器（350-1，350-2，350-3，350-4）上，来建立每个并联谐振器（350-1，350-2，350-3，350-4）的偏压。偏压将控制中心频率fo1并且影响加在第一rf输入接点310的rf信号360的传输，使得在中央频率fo1附近以及在滤波器400d带宽内的微波信号被允许通过第一串联谐振器（340-1，340-2，340-3），到达rf输出接点320。根据本发明，传输中心频率fo1是通过调整上述的第一直流电压源vdc1和第二直流电压源vdc2的电压值来选择或控制的。可以在每个第二并联谐振器和共同接地之间增加附加的电感器。