一种降低超高频体声波谐振器有效机电耦合系数的方法与流程

本发明涉及一种降低超高频体声波谐振器有效机电耦合系数的方法。

背景技术：

无线和移动通信系统的迅猛发展，推动着组件性能和系统集成技术的快速创新。为了获得更快的信号处理和减少集成的复杂性,小型化和与cmos技术兼容的微机电系统(mems)谐振器成为了新一代的核心器件,因此高性能的mems谐振器技术作为先进的无线通信系统射频前端的基础组件具有很高的需求。

目前射频滤波器一般由声表面波谐振器(saw)和薄膜体声波谐振器(fbar)搭建，但是对于更高频段的滤波器，声表面表面声波谐振器的叉指电极需要更小的指宽，过小的电极宽度会增大能量的损失，影响谐振器的功率处理能力，以及增大加工难度；而薄膜体声波谐振器在高频应用中需要更薄的压电薄膜，过薄的薄膜制造困难且存在的缺陷增多，因此一种低损耗，高有效机电耦合系数及大质量因子的超高频体声波谐振器应运而生。

超高频体声波谐振器的结构主要包括：带有空腔的硅衬底，压电层和叉指电极，结构上和表面声波谐振器以及兰姆波谐振器最大的区别是，它的叉指电极中每个相邻电极的间距是电极宽度的若干倍，有时可达到电极宽度的40倍，甚至更大。工作时对相邻电极通极性相反的电压，压电层中会激发出剪切波。超高频体声波谐振器的有效机电耦合系数很大，搭建出的滤波器相对带宽也很大，这使得超高频、大带宽的滤波器成为了可能，但是这种谐振器由于过大的机电耦合系数，导致其在高频窄带滤波器的应用中受限。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种降低超高频体声波谐振器有效机电耦合系数的设计技术方案。

按照本发明提供的新技术方案，一种降低超高频体声波谐振器有效机电耦合系数的方法，所述降低超高频体声波谐振器有效机电耦合系数的方法适用于降低超高频体声波谐振器有效机电耦合系数的系统。

本发明系统的技术方案为一种降低超高频体声波谐振器有效机电耦合系数系统，其特征在于，包括：叉指电极、中间介质层、压电层；

在所述叉指电极和所述压电层中间沉积一层所述中间介质层，形成所述的叉指电极、中间介质层、压电层的三层结构；

一种降低超高频体声波谐振器有效机电耦合系数的方法，具体包括以下步骤：

将所述叉指电极中相邻的电极指加极性相反的电压，在所述压电层产生感应电荷，产生逆压电效应；

所述中间介质层在所述的叉指电极上的电压和所述压电层的共同的作用下，在其与所述电极接触的表面聚集感应电荷；

通过调节所述中间介质层的厚度或者介电常数：

所述中间介质层的厚度越小，或所述中间介质层的介电常数越大，则所述中间介质层与所述叉指电极接触表面的感应电荷越多，进而增强压电层的压电效应，谐振器的有效机电耦合系数提高；

所述中间介质层的厚度越大，或所述中间介质层的介电常数越小，则所述中间介质层与所述叉指电极接触表面的感应电荷越少，进而降低压电层的压电效应强度，有效机电耦合系数随之减小；

所述压电层可以产生正负压电效应，正负压电效应是与电极所通电压相关联的，而所述中间介质层隔离了所述叉指电极和所述压电层，所述中间介质层的厚度越薄，或者所述中间介质层的介电常数越大，压电层的压电效应受影响越小，压电效应越强，则谐振器的有效机电耦合系数越大；所述中间介质层的中间介质层越厚，或者所述中间介质层的介电常数越小，压电层的压电效应受影响越大，压电效应减弱，有效机电耦合系数降低；

作为优选，所述压电层的材料优选为linbo3、litao3、aln、pzt压电薄膜；

作为优选，所述的中间介质层材料优选为sio2、sic、si3n4、aln材料；

作为优选，所述的叉指电极为金属导电薄膜，优选为mo、pt、au、al金属薄膜材料。

本发明优点在于，在电极和压电层中间增加了一中间介质层，通过中间介质层的隔离作用，有效地降低了超高频谐振器的有效机电耦合系数，使超高频谐振器在窄带超高频滤波器中的应用成为可能。

附图说明

图1：是传统超高频谐振器结构示意图；

图2：是传统超高频谐振器的有效区结构示意图；

图3：是本发明的第一实施例剖面图；

图4：是本发明的第一实施例俯视图；

图5：是本发明的第二实施例剖面图。

附图中各部件的标记如下：101-压电层、102-中间介质层、103-叉指电极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1和图2是传统超高频谐振器的基本结构，其中图2是图1超高频谐振器有效区域的放大图；

图3-图5是本发明提出的三层结构的示意图，具体包括压电层101、中间介质层102、和叉指电极103，其中压电层101材料优选为linbo3，同时包括aln、pzt等压电薄膜；中间介质层102材料优选为sio2，同时包括sic、si3n4和aln等材料；叉指电极103为金属导电薄膜，优选为mo或pt，同时也包括au、al等金属薄膜材料。

下面结合图1至图5介绍本发明的具体实施方式为：

一种降低超高频体声波谐振器有效机电耦合系数的方法，具体包括以下步骤：

将所述叉指电极103中相邻的电极指加极性相反的1v交流电电压，在所述压电层产生感应电荷，产生逆压电效应；

所述中间介质层在所述的叉指电极103上的电压和所述压电层的共同的作用下，在其与所述电极接触的表面聚集感应电荷；

通过调节所述中间介质层102的厚度或者介电常数：

所述中间介质层102的厚度越小，或所述中间介质层102选用材料的介电常数越大，则所述中间介质层102与所述叉指电极103接触表面的感应电荷越多，进而增强压电层的压电效应，谐振器的有效机电耦合系数提高；所述中间介质层102厚度范围为：0.1um-1um，本发明具体实施方式取值为0.2um

所述中间介质层102的厚度越大，或所述中间介质层102的介电常数越小，则所述中间介质层102与所述叉指电极103接触表面的感应电荷越少，进而减弱压电层的压电效应，谐振器的有效机电耦合系数减小；

其中图3的中间介质层102未经过图案化，未经图案化的中间介质层102能够给谐振器提供更大的质量负载，不仅能够调节它的有效机电耦合系数，还能起到明显的谐振器工作频率调节作用；图4是图3的俯视图；图5的中间介质层102进行了图案化，且中间介质层102的大小与电极大小一致或稍微大于叉指电极宽度，该种方法也能有效地调节谐振器的有效机电耦合效率，且图案化后的中间介质层102与电极接触面的感应电荷更加集中，对压电层的压电效应影响减小，能够有效抑制谐振频率周边频率的伪模态。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。