專利名稱：一種窄帶濾波器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無(wú)線通訊領(lǐng)域的射頻濾波器組，尤其涉及一種小 型化射頻體聲波窄帶濾波器組。
背景技術(shù)：
帶通濾波器組是一種將輸入的信號(hào)分成各頻率分量分別輸出的濾波 器，它在無(wú)線通訊領(lǐng)域具有重要作用，其作用就是要把接收到的時(shí)間信號(hào)
所包含的各種頻率成分分開。過(guò)去曽經(jīng)采用數(shù)字濾波器和LC濾波器構(gòu)建 濾波器組，但是，數(shù)字濾波器的速度太慢，而LC濾波器調(diào)整困難，尤其 要將很多濾波器的頻響調(diào)整到具有相同帶寬不同中心頻率的情況是很困 難的，即使一次調(diào)整成功，由于LC元件的不穩(wěn)定性，也難保在使用中不 會(huì)發(fā)生變化。聲表面波濾波器組雖具有速度快的優(yōu)點(diǎn)，但它的問題在于受 插指電極制作工藝的限制，頻率做不高(lGHz以下)；另外需要單獨(dú)制備 很多個(gè)不同中心頻率并且?guī)捪嗤恼瓗V波器， 一是制作困難，二是體 積無(wú)法做小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是基于體聲波技術(shù)，利用高次諧波體聲波諧振器本身所 固有的多模特性，提供一種處理速度快、尺寸小、工作頻率高 (500MHz 1 OGHz )以及可以極大細(xì)分頻帶的窄帶濾波器組件。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的窄帶濾波器組件，包括依次級(jí)聯(lián) 的初級(jí)分頻濾波器組100、射頻開關(guān)2上述技術(shù)方案中，所述初級(jí)分頻濾波器組100由初級(jí)頻帶選通設(shè)備和N
個(gè)基于薄膜體聲波諧振器的濾波器構(gòu)成，其中N至少為2;所述初級(jí)頻帶選 通設(shè)備可以采用射頻功率分配器110,也可以采用帶控制設(shè)備的射頻開關(guān)。
上述技術(shù)方案中，所述初級(jí)分頻濾波器組100中的基于薄膜體聲波諧振 器的濾波器可以是梯形結(jié)構(gòu)濾波器，也可以是格形結(jié)構(gòu)濾波器，也可以是梯 形格形混合結(jié)構(gòu)濾波器；所述次級(jí)分頻濾波器組400中的基于高次諧波體聲 波諧振器的濾波器組可以是梯形結(jié)構(gòu)濾波器組，也可以是格形結(jié)構(gòu)濾波器 組，也可以是梯形格形混合結(jié)構(gòu)濾波器組。
上述技術(shù)方案中，所述基于薄膜體聲波諧振器的濾波器包括串聯(lián)臂諧振 器和并聯(lián)臂諧振器，所述串聯(lián)臂諧振器的串、并聯(lián)諧振頻率分別大于所述并 聯(lián)臂諧振器的串、并聯(lián)諧振頻率；所述串聯(lián)臂諧振器的串聯(lián)諧振頻率與所述 并聯(lián)臂諧振器的并聯(lián)諧振頻率相等，二者相對(duì)誤差不超過(guò)1% ;所述基于高 次諧波體聲波諧振器的濾波器組包括串聯(lián)臂諧振器和并聯(lián)臂諧振器，所述串 聯(lián)臂諧振器的各模式的串、并聯(lián)諧振頻率分別大于所述并聯(lián)臂諧振器的相應(yīng) 模式的串、并聯(lián)諧振頻率；所述串聯(lián)臂諧振器的各^t式的串聯(lián)諧振頻率與所 述并聯(lián)臂諧振器的相應(yīng)模式的并聯(lián)諧振頻率相等，二者相對(duì)誤差不超過(guò) 0. 01% 。
上述技術(shù)方案中，所述的薄膜體聲波諧振器可以是薄膜型FBAR器件， 可以是空氣隙型FBAR器件，也可以是固態(tài)裝配型FBAR器件。
上述技術(shù)方案中，所述薄膜型FBAR器件依次由基片6、支撐層5、底電 極4、壓電薄膜3、絕緣層2和頂電極1組成；所述的基片6可以是摻雜的 硅基片，可以是本征硅基片，也可以是砷化鎵基片；所述的支撐層5是在基 片6上淀積的一層低應(yīng)力氮化硅膜，或在基片6上直接熱氧化生成二氧化硅 膜，或在基片6上注入或擴(kuò)散生成的一層膜，也可以是氮化硅/二氧化硅/氮 化硅復(fù)合膜；所述的底電極4和頂電極1可以是單種金屬電極，可以是復(fù)合 層金屬電極；壓電薄膜3可以是磁控濺射方法生成的壓電薄膜，也可以是化 學(xué)微加工方法制作的壓電單晶薄膜，也可以是用溶膠法制作的壓電薄膜；所 述的絕緣層2可以是用^茲控賊射方法生成的二氧化硅，也可以是LT0或SiNx 。
上述技術(shù)方案中，所述高次諧波體聲波諧振器依次由基片15、底電極 14、壓電薄膜13、絕緣層12和頂電極11組成；所述的基片15釆用經(jīng)過(guò)雙 面拋光且平行度較高的低損耗材料，包括熔融石英、藍(lán)寶石或YAG;所述的 底電極14和頂電極11可以是單種金屬電極，可以是復(fù)合層金屬電極；所述的壓電薄膜13可以是^ 茲控濺射方法生成的壓電薄膜，也可以是化學(xué)微加工
方法制作的壓電單晶薄膜，也可以是用溶膠法制作的壓電薄膜；所述的絕緣 層12可以是用磁控濺射方法生成的二氧化硅，也可以是LTO或SiNx 。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的另一窄帶濾波器組件，包括依次 級(jí)聯(lián)的初級(jí)分頻濾波器組100和次級(jí)分頻濾波器組400;所述次級(jí)分頻濾波 器組400由次級(jí)頻帶選通設(shè)備和N個(gè)基于高次諧波體聲波諧振器的濾波器組 構(gòu)成，其中N至少為2;所述次級(jí)頻帶選通設(shè)備采用射頻功率分配器410, 所述窄帶濾波器組件還包括分別與初級(jí)分頻濾波器組100和次級(jí)分頻濾波 器組400連接的判決電路600,用于判斷最終輸出信號(hào)是否通過(guò)所需的初級(jí) 分頻濾波器的濾波處理，當(dāng)判斷為否時(shí)，則舍棄該輸出信號(hào)。
上述技術(shù)方案中，所述初級(jí)分頻濾波器組100由初級(jí)頻帶選通i殳備和N 個(gè)基于薄膜體聲波諧振器的濾波器構(gòu)成，其中N至少為2;所述初級(jí)頻帶選 通設(shè)備采用射頻功率分配器110。
上述技術(shù)方案中，所述初級(jí)分頻濾波器組100中的基于薄膜體聲波諧振 器的濾波器可以是梯形結(jié)構(gòu)濾波器，也可以是格形結(jié)構(gòu)濾波器，也可以是梯 形格形混合結(jié)構(gòu)濾波器；所述次級(jí)分頻濾波器組400中的基于高次諧波體聲 波諧振器的濾波器組可以是梯形結(jié)構(gòu)濾波器組，也可以是格形結(jié)構(gòu)濾波器 組，也可以是梯形格形混合結(jié)構(gòu)濾波器組。
上述技術(shù)方案中，所述基于薄膜體聲波諧振器的濾波器包括串聯(lián)臂諧振 器和并聯(lián)臂諧振器，所述串聯(lián)臂諧振器的串、并聯(lián)諧振頻率分別大于所述并 聯(lián)臂諧振器的串、并聯(lián)諧振頻率；所述串聯(lián)臂諧振器的串聯(lián)諧振頻率與所述 并聯(lián)臂諧振器的并聯(lián)諧振頻率相等，二者相對(duì)誤差不超過(guò)1% ;所述基于高 次諧波體聲波諧振器的濾波器組包括串聯(lián)臂諧振器和并聯(lián)臂諧振器，所述串 聯(lián)臂諧振器的各模式的串、并聯(lián)諧振頻率分別大于所述并聯(lián)臂諧振器的相應(yīng) 模式的串、并聯(lián)諧振頻率；所述串聯(lián)臂諧振器的各模式的串聯(lián)諧振頻率與所 述并聯(lián)臂諧振器的相應(yīng)模式的并聯(lián)諧振頻率相等，二者相對(duì)誤差不超過(guò) 0. 01% 。
上述技術(shù)方案中，所述的薄膜體聲波諧振器可以是薄膜型FBAR器件， 可以是空氣隙型FBAR器件，也可以是固態(tài)裝配型FBAR器件。
上述技術(shù)方案中，所述薄膜型FBAR器件依次由基片6、支撐層5、底電 極4、壓電薄膜3、絕緣層2和頂電極1組成；所述的基片6可以是摻雜的 硅基片，可以是本征硅基片，也可以是砷化鎵基片；所述的支撐層5是在基片6上淀積的一層低應(yīng)力氮化硅膜，或在基片6上直接熱氧化生成二氧化硅 膜，或在基片6上注入或擴(kuò)散生成的一層膜，也可以是氮化硅/二氧化硅/氮 化硅復(fù)合膜；所述的底電極4和頂電極1可以是單種金屬電極，可以是復(fù)合 層金屬電極；壓電薄膜3可以是磁控濺射方法生成的壓電薄膜，也可以是化 學(xué)微加工方法制作的壓電單晶薄膜，也可以是用溶膠法制作的壓電薄膜；所 述的絕緣層2可以是用磁控濺射方法生成的二氧化硅，也可以是LT0或S iNx 。 上述技術(shù)方案中，所述高次諧波體聲波諧振器依次由基片15、底電極 14、壓電薄膜13、絕緣層12和頂電極11組成；所述的基片15采用經(jīng)過(guò)雙 面拋光且平行度較高的低損耗材料，包括熔融石英、藍(lán)寶石或YAG;所述的 底電極14和頂電極11可以是單種金屬電極，可以是復(fù)合層金屬電極；所述 的壓電薄膜13可以是^f茲控濺射方法生成的壓電薄膜，也可以是化學(xué)微加工 方法制作的壓電單晶薄膜，也可以是用溶膠法制作的壓電薄膜；所述的絕緣 層12可以是用磁控濺射方法生成的二氧化硅，也可以是LT0或SiNx 。
與現(xiàn)有的濾波器組相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果 (1 )和聲表面波濾波器組一樣，由于直接處理的是模擬信號(hào)，因此 處理速度很快；
(2) 由于采用厚度方向的縱聲波，相對(duì)于聲表面波濾波器組而言， 可以極大地縮小橫向尺寸，從而減小器件尺寸，器件整體體積可做到1立 方厘米以內(nèi)；
(3) 工作頻率可以4艮高，可以在500MHz-10GHz范圍內(nèi)工作；
(4) 由于器件固有的多模特性，可以大大減少器件的數(shù)量，從而極 大地減小器件尺寸；
(5) 由于單個(gè)信道濾波器的帶寬可調(diào)節(jié)到200KHz左右，可以極大地 細(xì)化頻帶。


以下，結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，其中 圖1是微型化射頻體聲波窄帶濾波器組的原理性框圖； 圖2是初級(jí)分頻濾波器組的原理性框圖； 圖3是次級(jí)分頻濾波器組的原理性框圖4a、圖4b和圖4c是基于薄膜體聲波諧振器(FBAR)的三種濾波器結(jié)構(gòu)圖5是薄膜體聲波諧振器(FBAR)的三種結(jié)構(gòu)圖； 圖6是薄膜型FBAR器件的結(jié)構(gòu)圖7是構(gòu)成濾波器的兩種FBAR器件的頻率特性和約束關(guān)系； 圖8是基于薄膜體聲波諧振器(FBAR)的濾波器的傳輸特性； 圖9是初級(jí)分頻濾波器組的傳輸特性；
圖10a、圖10b和圖10c是基于高次諧波體聲波諧振器(HBAR)的
三種濾波器結(jié)構(gòu)圖； 圖11是高次諧波體聲波諧振器的結(jié)構(gòu)圖12是基于高次諧波體聲波諧振器(HBAR)的濾波器的傳輸特性；
圖13是次級(jí)分頻濾波器組的傳輸特性；
圖14是微型化射頻體聲波窄帶濾波器組的整體傳輸特性；
圖15是本發(fā)明實(shí)施例2的窄帶濾波器組的原理性框圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
本實(shí)施例將詳迷本專利的微型化射頻體聲波窄帶濾波器組的各個(gè)細(xì)節(jié)。 本發(fā)明是一種基于體聲波多模諧振器的窄帶濾波器組件，參考圖1,本實(shí)施 例包括用于進(jìn)行頻道粗分的初級(jí)分頻濾波器組100、用于進(jìn)行選通的射頻開 關(guān)200、用于控制射頻開關(guān)選通的控制設(shè)備300和用于進(jìn)行頻道細(xì)分的次級(jí) 分頻濾波器組400。
所述的初級(jí)分頻濾波器組100由射頻功率分配器110 (該射頻功率分配 器也可用帶控制設(shè)備的射頻開關(guān)替代)和基于薄膜體聲波諧振器(FBAR)的 濾波器120、 130和140構(gòu)成(參考圖2)，其中濾波器的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需 要增加或減少，并不局限于3個(gè)。薄膜體聲波諧振器的工作原理與石英晶體 諧振器類似，主要基于厚度方向的縱振動(dòng)，只是由于采用了 MEMS技術(shù)，諧 振器的振動(dòng)膜可以做得很薄(0. 2 ~ 5 p m )，因此薄膜體聲波諧振器的頻率可 以做得很高， 一般可在0.5-10GHz的范圍內(nèi)。而對(duì)于聲表面波器件而言， 由于工藝和功率容量等因素的限制，制備頻率高于lGHz的器件就很困難。 如果信號(hào)頻率不高(〈lGHz)的話，也可采用聲表面波濾波器構(gòu)成120、 130 和140;所述射頻開關(guān)200為一般市場(chǎng)中所賣射頻開關(guān)；所述射頻開關(guān)控制 設(shè)備300可以是電路或者計(jì)算機(jī)，用來(lái)控制射頻開關(guān)200進(jìn)行選通；所述次 級(jí)分頻濾波器組400由射頻功率分配器410 (該射頻功率分配器也可用帶控
9制設(shè)備的射頻開關(guān)替代)和基于高次諧波體聲波諧振器(HBAR)的濾波器組 420、 430和440構(gòu)成(參考圖3),其中濾波器的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要增加 或減少，并不局限于3個(gè)；所述射頻功率分配器IIO和410均為一般市場(chǎng)中 所賣射頻功率分配器。
所述的基于薄膜體聲波諧振器(FBAR)的濾波器120、 130和140可以 是梯形結(jié)構(gòu)濾波器(參考圖4a),也可以是格形結(jié)構(gòu)濾波器(參考圖4b), 也可以是梯形格形混合結(jié)構(gòu)濾波器(參考圖4c)。
以濾波器120為例，位于濾波器120串聯(lián)臂的薄膜體聲波諧振器(FBAR) 121具有兩個(gè)諧振頻率，它們分別是串聯(lián)諧振頻率^和并聯(lián)諧振頻率/^位 于并聯(lián)臂的薄膜體聲波諧振器(FBAR) 122也具有兩個(gè)諧振頻率，它們分別 是串聯(lián)諧振頻率乂2和并聯(lián)諧振頻率《2;其中乂7和力2的關(guān)系為
《「/晶=7%~70%
所述的薄膜體聲波諧振器(FBAR ) 121和122可以是薄膜型FBAR器件， 可以是空氣隙型FBAR器件，也可以是固態(tài)裝配型FBAR器件(參考圖5)。以 薄膜型FBAR器件為例，它由基片6、支撐層5、底電極4、壓電薄膜3、絕 緣層2和頂電極1組成，參考圖6。
所述的基片6是半導(dǎo)體工藝中常用的基片，可以是摻雜的硅基片，可以 是本征硅基片，也可以是其它的基片(如砷化鎵基片等)。
所述的支撐層5通常是在基片6上淀積的一層膜(如低應(yīng)力氮化硅膜)， 或在基片6上直接氧化的一層膜(如熱氧化生成二氧化硅)，或在基片6上 注入或擴(kuò)散生成的一層膜(如濃硼擴(kuò)散形成的膜)等，也可以是由幾種材料 構(gòu)成的復(fù)合膜(如氮化硅/二氧化硅/氮化硅復(fù)合膜)。所述的支撐層5的作 用之一是增加諧振器的機(jī)械強(qiáng)度，使其不易碎裂，所述的支撐層5的另一個(gè) 作用是在對(duì)基片6進(jìn)行體刻蝕時(shí)，起到腐蝕自停止層的作用。
所述的底電極4可以是一種金屬電極(如鋁、金等)，可以是鋁/鈦(A1 /Ti ) 復(fù)合層金屬電極，可以是金鉻復(fù)合層(Au/Cr)電極，也可以是鉑鈦復(fù)合層 (Pt/Ti)電極等。當(dāng)所述的支撐層5是較好的導(dǎo)電層時(shí)(如濃硼擴(kuò)散形成 的膜)，所述的底電極4可以沒有，導(dǎo)線直接從所述的支撐層5引出。
所述的壓電薄膜3可以是;茲控賊射方法(可以是直流f茲控賊射，也可以 是射頻磁控濺射)生成的壓電薄膜(如ZnO、 A1N薄膜等)，也可以是化學(xué)微 加工方法(CMP)制作的壓電單晶薄膜(如LiNbO" LiTa03薄膜等)，也可以 是用溶膠法(Sol-gel)制作的壓電薄膜(如用Sol-gel方法制備的PZT薄
10膜等)。
所述的絕緣層2可以是用^F茲控濺射方法生成的二氧化硅(SiOJ,也可以 是用別的方法制作的絕緣層(如LTO或SiNx)等，如果壓電薄膜3很致密(沒 有針孔)，所述的絕緣層2也可以沒有。所述的絕緣層2的作用主要是避免 所述的壓電薄膜3上的小缺陷或針孔引起的直流短路或擊穿。當(dāng)采用二氧化 硅作為絕緣層2時(shí)，它起的另一個(gè)作用是減小薄膜體聲波諧振器(FBAR)的 諧振頻率隨溫度的變化率，使器件的頻率特性更穩(wěn)定。
所述的頂電極1通常是一種金屬電極(如鋁、金等),可以是鋁/鈦(A1 /T i ) 復(fù)合層金屬電極，可以是金鉻復(fù)合層(Au/Cr )電極，也可以是鉑鈦復(fù)合層 (Pt/Ti )電極等。
所述的薄膜體聲波諧振器(FBAR) 121和122的諧振頻率主要由壓電薄 膜3決定，頂電極l、絕緣層2、底電極4和支撐層5對(duì)其也有影響。所述 的薄膜體聲波諧振器(FBAR) 121和122的區(qū)別在于122的諧振頻率比121 要低，如果121的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率分別為尸w和/;;， 122的串
聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率分別為&和&，則有/;,=/;,1」/, 4/
乂尸0 /%,可參考圖7。濾波器120的傳輸特性如圖8所示，其中心頻率/。
=卩/>/;;)/2，其帶寬& = /;廣/;,。所述的使薄膜體聲波諧振器(fbar) 122
的諧振頻率比121低并滿足前述關(guān)系的辦法在于調(diào)整壓電薄膜3、頂電極1、 絕緣層2、底電極4和支撐層5的材料和厚度， 一般情況下以調(diào)整頂電極l 的材料和厚度為宜。
所述的濾波器130和140具有與濾波器120類似的結(jié)構(gòu)和特性，不再贅 述。所述的濾波器120、 130和140的區(qū)別在于中心頻率不同，通過(guò)調(diào)整濾 波器120、 130和140的壓電薄膜3、頂電極l、絕緣層2、底電極4和支撐 層5的材料和厚度，使濾波器120、 130和140具有近似相同的帶寬并均勻 覆蓋所需處理的整個(gè)頻段。所述的滿足要求的初級(jí)頻分濾波器組100的傳輸 特性如圖9所示。
所述的基于高次諧波體聲波諧振器(HBAR)的濾波器組420、 430和440 可以是梯形結(jié)構(gòu)濾波器組(參考圖10a)，也可以是格形結(jié)構(gòu)濾波器組(參考 圖10b),也可以是梯形格形混合結(jié)構(gòu)濾波器組(參考圖10c)。
以濾波器組420為例，位于濾波器組420串聯(lián)臂的高次諧波體聲波諧振 器(HBAR) 421在第n個(gè)模式處具有兩個(gè)諧振頻率，它們分別是串聯(lián)諧振頻 率乂^和并聯(lián)諧振頻率《W;位于并聯(lián)臂的高次諧波體聲波諧振器(HBAR)
ii422在第n個(gè)模式處也具有兩個(gè)諧振頻率，它們分別是串聯(lián)諧振頻率乂2^和
并聯(lián)諧振頻率/p單;；其中/,;和乂刷的關(guān)系為
所述的高次諧波體聲波諧振器(HBAR)421和422由基片15、底電極14、 壓電薄膜13、絕緣層12和頂電極11組成，參考圖11。
所述的基片15是經(jīng)過(guò)雙面拋光且平行度較高的低損耗材料，如熔融石 英、藍(lán)寶石或YAG等，基片15的厚度為50|im~ 3cm。
所述的底電極14可以是一種金屬電極(如鋁、金等)，可以是鋁/鈦 (Al/Ti)復(fù)合層金屬電極，可以是金鉻復(fù)合層(Au/Cr)電極，也可以是鉑 鈦復(fù)合層(Pt/Ti)電極等。
所述的壓電薄膜13可以是磁控濺射方法(可以是直流磁控濺射，也可 以是射頻磁控濺射)生成的壓電薄膜(如ZnO、 A1N薄膜等)，也可以是化學(xué) 微加工方法(CMP)制作的壓電單晶薄膜(如LiNbO" LiTa03薄膜等)，也可 以是用溶膠法(Sol-gel)制作的壓電薄膜(如用Sol-gel方法制備的PZT 薄膜等)。
所述的絕緣層12可以是用磁控濺射方法生成的二氧化硅(Si02),也可 以是用別的方法制作的絕緣層(如LTO或SiNx)等，如果壓電薄膜13很致 密(沒有針孔)，所述的絕緣層12也可以沒有。所述的絕緣層12的作用主 要是避免所述的壓電薄膜13上的小缺陷或針孔引起的直流短路或擊穿。當(dāng) 采用二氧化硅作為絕緣層12時(shí)，它起的另一個(gè)作用是減小高次諧波體聲波 諧振器(HBAR)的諧振頻率隨溫度的變化率，使器件的頻率特性更穩(wěn)定。
所述的頂電極11通常是一種金屬電極(如鋁、金等)，可以是鋁/鈦 (Al/Ti)復(fù)合層金屬電極，可以是金鉻復(fù)合層(Au/Cr)電極，也可以是鉑 鈦復(fù)合層(Pt/Ti)電極等。
所述的高次諧波體聲波諧振器(HBAR)具有多個(gè)模式的特性，且工作在
高次諧波模式下。其第n個(gè)模式的諧振頻率/;由下式?jīng)Q定
二(" + l)c 人 。
其中c為低損耗基片15厚度方向的縱波聲速，a為低損耗襯底15的厚度，n 為正整數(shù)代表第n個(gè)模式，其典型的數(shù)量級(jí)為百。所述的高次諧波體聲波諧 振器(HBAR) 421和422的中心工作頻率主要由壓電薄膜13決定，頂電極 11、絕緣層12、底電極14對(duì)其也有影響。
12所述的高次諧波體聲波諧振器(HBAR) 421和422的區(qū)別在于422的諧 振頻率比421要低，如果421在第n個(gè)模式處的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻 率分別為A/w和422在第n個(gè)模式處的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率
分別為/Ww和/;^，則有=/w,;i」/;」///;〃 尸^^. wi濾波器組420
的傳輸特性如圖12所示，其第n個(gè)濾波器中心頻率= C^/WJ々，其 第n個(gè)濾波器帶寬/W。； 第n+l個(gè)濾波器中心頻率/V^與第n
個(gè)濾波器中心頻率/,差為Zl/==c/&。所述的濾波器組420的每 個(gè)濾波器帶寬可調(diào)整為200KHz,為窄帶濾波器，所述的濾波器組420為窄帶 濾波器組。所述的使高次諧波體聲波諧振器(HBAR) 422的諧振頻率比421 低并滿足前述關(guān)系的辦法在于調(diào)整壓電薄膜13、頂電極ll、絕緣層12和底 電極14的材料和厚度， 一般情況下以調(diào)整頂電極11的材料和厚度為宜。
所述的濾波器組430和440具有與濾波器組420類似的結(jié)構(gòu)和特性，不 再贅述。所述的濾波器組420、 430和440的區(qū)別在于中心頻率不同，通過(guò) 調(diào)整濾波器組420、 430和440的壓電薄膜13、頂電極ll、絕緣層12和底 電極14的材料和厚度，使濾波器組420、 430和440具有近似相同的帶寬并 均勻覆蓋所需處理的整個(gè)頻段。所述的滿足要求的次級(jí)分頻濾波器組400的 傳輸特性如圖13所示。
所述的微型化射頻體聲波窄帶濾波器組的整體傳輸特性如圖14所示。
下面結(jié)合圖1和圖14說(shuō)明實(shí)施方式1具體實(shí)施的結(jié)果，當(dāng)信號(hào)從初級(jí) 分頻濾波器組100左端輸入時(shí)，通過(guò)射頻功率分配器11G將信號(hào)分配給120、 130和140三個(gè)濾波器進(jìn)^f于初級(jí)分頻濾波，通過(guò)300控制的射頻開關(guān)200對(duì) 三組信號(hào)進(jìn)行選通，選通的信號(hào)通過(guò)次級(jí)分頻濾波器組400左端輸入，通過(guò) 射頻功率分配器410將信號(hào)分配給420、 43G和440四個(gè)濾波器組進(jìn)行次級(jí) 濾波后輸出。這樣就達(dá)到了對(duì)關(guān)心頻段信號(hào)進(jìn)行分離的目的。
采用本實(shí)例所述器件的優(yōu)點(diǎn)在于
一是工作頻率高，這是由薄膜體聲波諧振器和高次諧波體聲波諧振器的 厚度縱振動(dòng)工作特點(diǎn)決定的，可工作在0. 5 ~ lOGHz的頻率范圍內(nèi)；
二是體積小，本實(shí)例中的所有濾波組件均可采用MEMS的方法在同一基 片上制備形成所需的器件陣列，因此體積可以做得很??；另外，高次諧波體 聲波諧振器本身所固有的多模特性更進(jìn)一步減少了所需的器件數(shù)目，從而進(jìn) 一步縮小了體積，核心尺寸可以做到l立方厘米以內(nèi)。
三是由于高次諧波體聲波諧振器的窄帶特性，可以用來(lái)極大的細(xì)化頻
13帶。
實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1原理基本相同，不再贅述。其主要區(qū)別如下當(dāng)被 檢測(cè)信號(hào)輸入時(shí)，先經(jīng)功率分配器110分別將信號(hào)分配到寬帶濾波器120、 130和140中；以經(jīng)過(guò)120的信號(hào)為例，該信號(hào)通過(guò)120濾波后經(jīng)過(guò)次級(jí)分 頻濾波器組400,再進(jìn)入判決電路600;判決電路600主要用來(lái)判決通過(guò)400 后的信號(hào)是否經(jīng)過(guò)了濾波器120的濾波，如果是，則最后通過(guò)的輸出信號(hào)應(yīng) 在120通帶的頻段范圍內(nèi)，再根據(jù)400在此頻段內(nèi)的特性即可輸出相應(yīng)的頻 率分量；如果不是，則不作輸出。經(jīng)過(guò)130和140兩路的信號(hào)與此相同，不 再贅述。具體過(guò)程可參考圖15。
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于采用了判決電路600而去掉了實(shí)施例1 中的射頻開關(guān)200和控制設(shè)備300。實(shí)施例1在工作過(guò)程中控制設(shè)備300需 要控制射頻開關(guān)200不停地進(jìn)行掃描，這樣做會(huì)影響速度。本實(shí)施例會(huì)比實(shí) 施例1處理的速度快。
權(quán)利要求
1. 一種窄帶濾波器組件，包括依次級(jí)聯(lián)的初級(jí)分頻濾波器組(100)、射頻開關(guān)(200)和次級(jí)分頻濾波器組(400)；還包括用于控制所述射頻開關(guān)(200)進(jìn)行頻帶選通的控制設(shè)備(300)；所述次級(jí)分頻濾波器組(400)由次級(jí)頻帶選通設(shè)備和N個(gè)基于高次諧波體聲波諧振器的濾波器組構(gòu)成，其中N至少為2；所述次級(jí)頻帶選通設(shè)備可以采用射頻功率分配器(410)，也可以采用帶控制設(shè)備的射頻開關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述初級(jí)分 頻濾波器組(IOO)由初級(jí)頻帶選通設(shè)備和N個(gè)基于薄膜體聲波諧振器的濾波 器構(gòu)成，其中N至少為2;所述初級(jí)頻帶選通設(shè)備可以采用射頻功率分配器 (110),也可以采用帶控制設(shè)備的射頻開關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述初級(jí)分 頻濾波器組(100)中的基于薄膜體聲波諧振器的濾波器可以是梯形結(jié)構(gòu)濾波 器，也可以是格形結(jié)構(gòu)濾波器，也可以是梯形格形混合結(jié)構(gòu)濾波器；所述次 級(jí)分頻濾波器組(400)中的基于高次諧波體聲波諧振器的濾波器組可以是梯 形結(jié)構(gòu)濾波器組，也可以是格形結(jié)構(gòu)濾波器組，也可以是梯形格形混合結(jié)構(gòu) 濾波器組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述基于薄 膜體聲波諧振器的濾波器包括串聯(lián)臂諧振器和并聯(lián)臂諧振器，所述串聯(lián)臂諧 振器的串、并聯(lián)諧振頻率分別大于所述并聯(lián)臂諧振器的串、并聯(lián)諧振頻率； 所述串聯(lián)臂諧振器的串聯(lián)諧振頻率與所述并聯(lián)臂諧振器的并聯(lián)諧振頻率相 等，二者相對(duì)誤差不超過(guò)1% ;所述基于高次諧波體聲波諧振器的濾波器組 包括串聯(lián)臂諧振器和并聯(lián)臂諧振器，所述串聯(lián)臂諧振器的各模式的串、并聯(lián) 諧振頻率分別大于所述并聯(lián)臂諧振器的相應(yīng)才莫式的串、并聯(lián)諧振頻率；所述 串聯(lián)臂諧振器的各模式的串聯(lián)諧振頻率與所述并聯(lián)臂諧振器的相應(yīng)模式的 并聯(lián)諧振頻率相等，二者相對(duì)誤差不超過(guò)Q. 01% 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述的薄膜 體聲波諧振器可以是薄膜型FBAR器件，可以是空氣隙型FBAR器件，也可以 是固態(tài)裝配型FBAR器件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述薄膜型FBAR器件依次由基片(6)、支撐層(5)、底電極(4)、壓電薄膜(3)、絕緣層(2) 和頂電極(l)組成；所述的基片(6)可以是摻雜的硅基片，可以是本征硅基 片，也可以是砷化鎵基片；所述的支撐層(5)是在基片(6)上淀積的一層低應(yīng) 力氮化硅膜，或在基片(6)上直接熱氧化生成二氧化硅膜，或在基片(6)上注 入或擴(kuò)散生成的一層膜，也可以是氮化硅/二氧化硅/氮化硅復(fù)合膜；所述的 底電極(4)和頂電極(1)可以是單種金屬電極，可以是復(fù)合層金屬電極；壓電 薄膜(3)可以是磁控濺射方法生成的壓電薄膜，也可以是化學(xué)微加工方法制 作的壓電單晶薄膜，也可以是用溶膠法制作的壓電薄膜；所述的絕緣層(2) 可以是用磁控濺射方法生成的二氧化硅，也可以是LTO或SiNx 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述高次諧 波體聲波諧振器依次由基片(15)、底電極(14)、壓電薄膜(13)、絕緣層(12) 和頂電極(ll)組成；所述的基片(15)采用經(jīng)過(guò)雙面拋光且平行度較高的低 損耗材料，包括熔融石英、藍(lán)寶石或YAG;所述的底電極(14)和頂電極(11) 可以是單種金屬電極，可以是復(fù)合層金屬電極；所述的壓電薄膜(13)可以是 磁控濺射方法生成的壓電薄膜，也可以是化學(xué)微加工方法制作的壓電單晶薄 膜，也可以是用溶膠法制作的壓電薄膜；所述的絕緣層(12)可以是用磁控濺 射方法生成的二氧化爿f圭，也可以是LT0或SiNx 。
8. —種窄帶濾波器組件，包括依次級(jí)聯(lián)的初級(jí)分頻濾波器組(100)和 次級(jí)分頻濾波器組(400);所述次級(jí)分頻濾波器組(400)由次級(jí)頻帶選通設(shè)備 和N個(gè)基于高次諧波體聲波諧振器的濾波器組構(gòu)成，其中N至少為2;所述 次級(jí)頻帶選通設(shè)備采用射頻功率分配器(410)，所述窄帶濾波器組件還包括 分別與初級(jí)分頻濾波器組(100)和次級(jí)分頻濾波器組(400)連接的判決電路 (600),用于判斷最終輸出信號(hào)是否通過(guò)所需的初級(jí)分頻濾波器的濾波處理， 當(dāng)判斷為否時(shí)，則舍棄該輸出信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述初級(jí)分 頻濾波器組(100)由初級(jí)頻帶選通設(shè)備和N個(gè)基于薄膜體聲波諧振器的濾波 器構(gòu)成，其中N至少為2;所述初級(jí)頻帶選通設(shè)備采用射頻功率分配器(110)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述初級(jí) 分頻濾波器組(100)中的基于薄膜體聲波諧振器的濾波器可以是梯形結(jié)構(gòu)濾 波器，也可以是格形結(jié)構(gòu)濾波器，也可以是梯形格形混合結(jié)構(gòu)濾波器；所述 次級(jí)分頻濾波器組(400)中的基于高次諧波體聲波諧振器的濾波器組可以是 梯形結(jié)構(gòu)濾波器組，也可以是格形結(jié)構(gòu)濾波器組，也可以是梯形格形混合結(jié)構(gòu)濾波器組。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述基于 薄膜體聲波諧振器的濾波器包括串聯(lián)臂諧振器和并聯(lián)臂諧振器，所述串聯(lián)臂諧振器的串、并聯(lián)諧振頻率分別大于所述并聯(lián)臂諧振器的串、并聯(lián)諧振頻率；所述串聯(lián)臂諧振器的串聯(lián)諧振頻率與所述并聯(lián)臂諧振器的并聯(lián)諧振頻率相等，二者相對(duì)誤差不超過(guò)1% ;所述基于高次諧波體聲波諧振器的濾波器組 包括串聯(lián)臂諧振器和并聯(lián)臂諧振器，所述串聯(lián)臂諧振器的各模式的串、并聯(lián) 諧振頻率分別大于所述并聯(lián)臂諧振器的相應(yīng)模式的串、并聯(lián)諧振頻率；所述 串聯(lián)臂諧振器的各模式的串聯(lián)諧振頻率與所述并聯(lián)臂諧振器的相應(yīng)模式的 并聯(lián)諧振頻率相等，二者相對(duì)誤差不超過(guò)Q. 01% 。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述的薄 膜體聲波諧振器可以是薄膜型FBAR器件，可以是空氣隙型FBAR器件，也可 以是固態(tài)裝配型FBAR器件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述薄 膜型FBAR器件依次由基片(6)、支撐層(5)、底電極(4)、壓電薄膜(3)、絕 緣層(2)和頂電極(1)組成；所述的基片(6)可以是摻雜的硅基片，可以是本 征硅基片，也可以是砷化鎵基片；所述的支撐層(5)是在基片(6)上淀積的一 層低應(yīng)力氮化硅膜，或在基片(6)上直接熱氧化生成二氧化硅膜，或在基片 (6)上注入或擴(kuò)散生成的一層膜，也可以是氮化硅/二氧化硅/氮化硅復(fù)合膜； 所述的底電極(4)和頂電極(1)可以是單種金屬電極，可以是復(fù)合層金屬電 極；壓電薄膜(3)可以是磁控濺射方法生成的壓電薄膜，也可以是化學(xué)微加 工方法制作的壓電單晶薄膜，也可以是用溶膠法制作的壓電薄膜；所述的絕 緣層(2)可以是用磁控賊射方法生成的二氧化硅，也可以是LT0或SiNx 。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的窄帶濾波器組件，其特征在于，所述高次 諧波體聲波諧振器依次由基片(15)、底電極(14)、壓電薄膜(13)、絕緣層(12) 和頂電極(ll)組成；所述的基片(15)采用經(jīng)過(guò)雙面拋光且平行度較高的低 損耗材料，包括熔融石英、藍(lán)寶石或YAG;所述的底電極(14)和頂電極(11) 可以是單種金屬電極，可以是復(fù)合層金屬電極；所述的壓電薄膜(13)可以是 磁控濺射方法生成的壓電薄膜，也可以是化學(xué)微加工方法制作的壓電單晶薄 膜，也可以是用溶膠法制作的壓電薄膜；所述的絕緣層(12)可以是用磁控踐 射方法生成的二氧化硅，也可以是LT0或SiNx 。
全文摘要
本發(fā)明提供一種窄帶濾波器組件，包括依次級(jí)聯(lián)的初級(jí)分頻濾波器組、射頻開關(guān)和次級(jí)分頻濾波器組；還包括用于控制所述射頻開關(guān)進(jìn)行頻帶選通的控制設(shè)備；所述次級(jí)分頻濾波器組由次級(jí)頻帶選通設(shè)備和N個(gè)基于高次諧波體聲波諧振器的濾波器組構(gòu)成，其中N至少為2；所述次級(jí)頻帶選通設(shè)備可以采用射頻功率分配器，也可以采用帶控制設(shè)備的射頻開關(guān)。本發(fā)明具有如下技術(shù)效果處理速度很快；可以極大地縮小橫向尺寸，從而減小器件尺寸，器件整體體積可做到1立方厘米以內(nèi)；工作頻率可以很高，可以在500MHz～10GHz范圍內(nèi)工作；可以大大減少器件的數(shù)量，從而極大地減小器件尺寸；可以極大地細(xì)化頻帶。
文檔編號(hào)H03H9/54GK101471640SQ20071030437
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者喬?hào)|海, 亮 湯 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所