專利名稱：諧振器、濾波器、以及電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文討論的實(shí)施方式的特定方面涉及諧振器、濾波器、雙工器、以及電子裝置。
背景技術(shù)：
無(wú)線通信裝置(通常可以是便攜式電話)已被廣泛地應(yīng)用，對(duì)于體積小重量輕的諧振器和利用這種諧振器的濾波器的需求不斷增長(zhǎng)。常規(guī)地， 一般使用介質(zhì)濾波器和表面聲波濾波器(SAW濾波器)。最近，因?yàn)閴弘姳∧ぶC振器可減少體積并可單片地實(shí)現(xiàn)，所以壓電薄膜諧振器以及使用這種諧振器的濾波器被廣泛地關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改善機(jī)電耦合系數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種諧振器，其包括基板；下電極；壓電薄膜，設(shè)置在所述下電極上；以及上電極，設(shè)置在所述壓電薄膜上，所述下電極包括設(shè)置在所述基板上的第一薄膜、以及設(shè)置在第一薄膜上并且比重大于第一薄膜的比重的第二薄膜，所述壓電薄膜設(shè)置在第二薄膜上，所述上電極包括設(shè)置在所述壓電薄膜上的第三薄膜、以及設(shè)置在第三薄膜上的第四薄膜，第三薄膜的比重大于第四薄膜的比重，以及第三薄膜比第二薄膜厚。


圖1是壓電薄膜諧振器的截面圖； 圖2是另一壓電薄膜諧振器的截面圖； 圖3是又一壓電薄膜諧振器的截面圖； 圖4是再一壓電薄膜諧振器的截面圖； 圖5是根據(jù)第一實(shí)施方式的梯形濾波器的電路圖； 圖6是第一實(shí)施方式中采用的串聯(lián)臂諧振器的截面圖； 圖7是第一實(shí)施方式中采用的并聯(lián)臂諧振器的截面圖； 圖8A到8C是示出了制造第一實(shí)施方式中的諧振器的工序的截面圖； 圖9A示出了基準(zhǔn)諧振器和示例諧振器相對(duì)于薄膜厚度比的機(jī)電耦合系數(shù)之間的
差(A k2)，圖9B示出了基準(zhǔn)諧振器和示例諧振器相對(duì)于薄膜厚度比的諧振點(diǎn)的Q參數(shù)之間
的差(A Qr)，圖9C示出了基準(zhǔn)諧振器和示例諧振器相對(duì)于薄膜厚度比的反諧振點(diǎn)的Q參數(shù)
之間的差(AQa); 圖IOA示出了配置了基準(zhǔn)諧振器的濾波器和配置了具有由第一實(shí)施方式定義的不同薄膜厚度比的諧振器的濾波器的通帶，圖10B針對(duì)各個(gè)薄膜厚度比示出了具有-1. 8dB的損耗的通帶，圖IOC針對(duì)各個(gè)薄膜厚度比示出了通帶中的最大插入損耗；
圖IIA示出了具有第一比較例的各個(gè)不同薄膜厚度比的濾波器的中心頻率，圖IIB示出了具有第一比較例的各個(gè)不同薄膜厚度比的濾波器中的第二調(diào)節(jié)薄膜的每lnm薄膜厚度的通帶寬度的變化，圖IIC示出了具有第一實(shí)施方式中的各不同薄膜厚度比的濾波 器的中心頻率，以及圖IID示出了具有第一實(shí)施方式中的各不同薄膜厚度比的濾波器中的 第二調(diào)節(jié)薄膜的每lnm薄膜厚度的通帶寬度的變化； 圖12A到12F針對(duì)各薄膜厚度比示出了與質(zhì)量比(部分1)相對(duì)的中心頻率；
圖13A到13E針對(duì)各薄膜厚度比示出了與質(zhì)量比(部分2)相對(duì)的中心頻率；
圖14是根據(jù)第二實(shí)施方式的雙工器的框圖；以及
圖15是根據(jù)第三實(shí)施方式的便攜式電話的框圖。
具體實(shí)施例方式
壓電薄膜諧振器包括FBAR型和SMR型，其中FBAR是薄膜體聲波諧振器 (Film-Bulk Acoustic Resonator)的縮寫，以及SMR是固態(tài)安裝諧振器(Solidly Mounted Resonator)的縮寫。參照?qǐng)D1到圖3，F(xiàn)BAR具有多層或?qū)盈B的薄膜結(jié)構(gòu)，包括基板10、下電 極12、壓電薄膜14、上電極16。在下電極12和上電極16隔著壓電薄膜14彼此相對(duì)的區(qū)域 中，在下電極12下方形成開口或空腔20。在該區(qū)域中形成包括下電極12、壓電薄膜14和上 電極16的諧振器。絕緣膜15形成在下電極12或基板10的下方。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中， 通過(guò)從基板10的背側(cè)用濕法或干法刻蝕將開口形成在基板10中，在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，通 過(guò)濕法刻蝕將基板10的表面上形成的犧牲層去除而形成空腔20，使得空腔20可被限定在 下電極12和基板10之間。在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，空腔20形成在基板10上的凹坑中。如 圖4所示，在SMR中，采用聲波多層薄膜22替代開口或空腔。聲波多層薄膜22可通過(guò)交替 地層疊具有相對(duì)較高的聲阻抗的第一層和具有相對(duì)較低的聲阻抗的第二層形成，各層厚度 為A/4，其中A是在聲波多層薄膜22中傳播的聲波的波長(zhǎng)。 壓電薄膜諧振器如下地工作，其中用FBAR作為示例。當(dāng)高頻的電壓或RF信號(hào)被 施加在上電極和下電極之間時(shí)，由于諧振區(qū)域中的壓電薄膜內(nèi)造成的逆壓電效應(yīng)，聲波被 激發(fā)。由于壓電效應(yīng)，由聲波造成的壓電薄膜的形變被轉(zhuǎn)換為上電極和下電極之間發(fā)展的 電信號(hào)。聲波被上、下電極(可包括額外設(shè)置在之上的薄膜)面向空氣的界面全反射。由 此，造成在壓電薄膜的厚度方向上具有主要位移的縱向振動(dòng)?？v向振動(dòng)導(dǎo)致的諧振效應(yīng)可 被施加到具有期望的頻率特性的諧振器或?yàn)V波器。 在使由下電極、壓電薄膜以及上電極(可包括在上、下電極上額外設(shè)置的薄膜)組 成的多層結(jié)構(gòu)的總厚度H是聲波波長(zhǎng)A的l/2的整數(shù)倍(n倍)(H二n入/2)的頻率下發(fā) 生諧振效應(yīng)。假設(shè)V是聲波在壓電薄膜中傳播的速度，諧振頻率F被記為F二nV/(2H)。從 以上可見，諧振頻率F可通過(guò)層疊的層的總厚度H來(lái)控制。 上、下電極可由鋁(Al)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鴇(W)、鉭(Ta)、鉑(Pt)、釕(Ru)、銠 (Rh)、銥(Ir)、鉻(Cr)、或鈦(Ti)或它們的任何組合制成。壓電薄膜可由例如氮化鋁(A1N)、 氧化鋅(Zn0)、鋯鈦酸鉛(PZT)、或鈦酸鉛(PbTi03)制成?；?0可由例如硅或玻璃制成。
壓電薄膜諧振器被要求具有增大的機(jī)電耦合系數(shù)(k2)或Q參數(shù)。由此能夠擴(kuò)展 作為濾波器特性的通帶?？梢酝ㄟ^(guò)下面第一到第三種途徑提高機(jī)電耦合系數(shù)。
第一種途徑是選擇具有大機(jī)電耦合系數(shù)的壓電薄膜。已知PZT和PbTi(^比AlN和 Zn0具有更大的機(jī)電耦合系數(shù)。 第二種途徑是改善壓電薄膜的方向以提高機(jī)電耦合系數(shù)。這一點(diǎn)在例如IEEEUltrasonics Symposium pp807-pp811， 2001中進(jìn)行了描述。 第三種途徑是控制下電極的厚度與上電極的厚度之和與壓電薄膜的厚度之間的比例以提高機(jī)電耦合系數(shù)。美國(guó)專利第6， 291， 931號(hào)公開了在上、下電極由鎢、鋁、金、或銅的各個(gè)金屬制成的情況下，上電極的厚度與下電極的厚度之和與壓電薄膜的厚度之間的關(guān)系。 然而，第一種途徑具有的問(wèn)題是難于可靠地生長(zhǎng)鋯鈦酸鉛或鈦酸鉛的高質(zhì)量的薄膜，而且尚未實(shí)現(xiàn)利用這些材料的壓電薄膜諧振器的實(shí)用的諧振性能。第二種途徑要求各種控制，諸如選擇壓電薄膜下方的材料，下方材料的表面粗糙度、以及生長(zhǎng)壓電薄膜的條件。如果控制不充分，在壓電薄膜的方向方面可能有誤差。這種方向方面的誤差將影響諧振性能。第三種途徑降低下電極的厚度與上電極的厚度之和與壓電薄膜的厚度之間的比以提高機(jī)電耦合系數(shù)。然而，降低下電極的厚度與上電極的厚度之和不可避免地增加電極的電阻，因而增加插入損耗。因此，最終很難通過(guò)第三種途徑提高壓電薄膜諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)。 以下描述的實(shí)施方式的特定方面涉及機(jī)電耦合系數(shù)的提高。
下面將參照附圖給出對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的描述。
[第一實(shí)施方式] 圖5是配置了根據(jù)第一實(shí)施方式的壓電薄膜諧振器的梯形濾波器100的電路圖。梯形濾波器100具有在輸入端In和輸出端Out之間串聯(lián)的串聯(lián)臂諧振器Sl到S4。在相鄰串聯(lián)臂諧振器之間的節(jié)點(diǎn)和地之間連接有并聯(lián)臂諧振器Pl到P3。并聯(lián)臂諧振器Pl到P3的諧振頻率低于串聯(lián)臂諧振器Sl到S4的諧振頻率。這一設(shè)定使得梯形濾波器100用作帶通濾波器。 圖6是對(duì)應(yīng)于梯形濾波器100的串聯(lián)臂諧振器Sl到S4中的任何一個(gè)的壓電薄膜諧振器的截面圖。參照?qǐng)D6，下電極12形成在具有平坦的主表面并由硅制成的基板10上。下電極12具有由低比重下電極12a和高比重下電極12b組成的雙層結(jié)構(gòu)。低比重下電極12a形成在基板10上，主要包括Cr。高比重下電極12b設(shè)置在低比重下電極12a上，由Ru制成。在(002)方向上具有主軸并主要包括A1N的壓電薄膜14形成在高比重下電極12b上。上電極16形成在壓電薄膜14上。上電極16具有由高比重上電極16b和低比重的上電極16a組成的雙層結(jié)構(gòu)。高比重的上電極16b形成在壓電薄膜14上，主要包括Ru。低比重上電極16a形成在高比重上電極16b上，主要包括Cr。上電極16被設(shè)置為具有隔著壓電薄膜14而面向下電極12的區(qū)域。在上述區(qū)域中，形成諧振部分40。主要包括Si02并且可以是絕緣膜的第一調(diào)節(jié)膜24設(shè)置在上電極16上。第一調(diào)節(jié)膜24用于調(diào)節(jié)諧振器的諧振頻率以及保護(hù)諧振部分40。下電極12形成在基板10上，使得以具有向上凸起的穹頂形狀形成的空腔20被限定在基板10和下電極12之間。從周邊到中心，以具有向上凸起的穹頂形狀形成的空腔20的高度增加。 如圖6所示，壓電薄膜14接觸具有比下電極12a的比重更大的比重的下電極12b，接觸具有比上電極16a的比重更大的比重的上電極16b。下面，定義了以下厚度
t4 :壓電薄膜14的厚度；
t2a :低比重下電極12a的厚度；
t2b :高比重下電極12b的厚度；
t6a :低比重上電極16a的厚度；以及
t6b :高比重上電極16b的厚度。
根據(jù)第一實(shí)施方式，t2b < t6b。 圖7是對(duì)應(yīng)于梯形濾波器100的并聯(lián)臂諧振器中的任何一個(gè)的壓電薄膜諧振器的截面圖。圖6所示的串聯(lián)諧振器被配置為使得低比重上電極16a和高比重上電極16b彼此直接接觸，而圖7所示的并聯(lián)諧振器被配置為使得主要包括Ti的第二調(diào)節(jié)膜28夾在低比重上電極16a和高比重上電極16b之間。通過(guò)在制造工序中調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)膜24，能夠調(diào)節(jié)串聯(lián)臂諧振器和并聯(lián)臂諧振器兩者的諧振頻率。此外，通過(guò)在制造工序中調(diào)節(jié)第二調(diào)節(jié)膜28，能夠僅僅調(diào)節(jié)并聯(lián)臂諧振器的諧振頻率。第一調(diào)節(jié)膜24和第二調(diào)節(jié)膜28的使用使得能夠容易地實(shí)現(xiàn)期望的濾波器特性。 圖8A到圖8C是示出了串聯(lián)臂諧振器的制造方法的截面圖。參照?qǐng)D8A，通過(guò)濺射或真空蒸發(fā)，在基板10上形成可由氧化鎂(Mg0)制成并且厚度可以是20-100nm的犧牲層30。代替MgO，第一實(shí)施方式可采用易于因刻蝕而熔化的材料，諸如ZnO、Ge、Ti、或Si(^。通過(guò)光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)，以預(yù)定形狀形成犧牲層30。犧牲層30的面積可以稍微大于諧振部分40的面積。由此，在圖8C的步驟中可容易地限定穹頂形狀。 參照?qǐng)D8B，在壓強(qiáng)0. 6-1. 2Pa的Ar氣體環(huán)境中，通過(guò)濺射形成用于形成下電極12的Cr薄膜(低比重下電極)和Ru薄膜(高比重下電極)，覆蓋犧牲層30。 Cr薄膜和Ru薄膜被連續(xù)地生長(zhǎng)。通過(guò)利用光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)，以預(yù)定形狀形成下電極12。接著，通過(guò)濺射，在壓強(qiáng)約0. 3Pa的Ar/N2氣體環(huán)境中，在下電極12和基板10上形成用于形成壓電薄膜14的A1N。之后，通過(guò)濺射，在壓強(qiáng)0. 6-1. 2Pa的Ar氣體環(huán)境中，在壓電薄膜14上形成Ru薄膜(高比重上電極)和Ti薄膜(第二調(diào)節(jié)膜)。在并聯(lián)臂諧振器的諧振部分40中保留Ti薄膜，而在串聯(lián)臂諧振器中，去除Ti薄膜。通過(guò)濺射在壓強(qiáng)0. 6-1. 2Pa的Ar氣體環(huán)境中形成Cr薄膜(低比重上電極)。接著，在上電極16上形成第一調(diào)節(jié)膜24。通過(guò)利用光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)，以預(yù)定形狀形成第一調(diào)節(jié)膜24、上電極16和壓電薄膜14。由此能夠限定由下電極12、壓電薄膜14、以及上電極16形成的諧振部分。在壓電薄膜14中形成開口 26，以與下電極12電連接。 參照?qǐng)D8C，通過(guò)引導(dǎo)路徑(未示出)施加用于刻蝕犧牲層30的刻蝕料，去除犧牲層30。通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)濺射的條件，由下電極12、壓電薄膜14、以及上電極16形成的多層結(jié)構(gòu)被設(shè)置有壓縮應(yīng)力。由此，當(dāng)通過(guò)刻蝕去除犧牲層30完成時(shí)，由下電極12、壓電薄膜14、以及上電極16形成的復(fù)合膜上升，從而限定了穹頂形狀的空腔20。在第一實(shí)施方式中，復(fù)合膜的壓縮應(yīng)力可被設(shè)定為等于_150MPa到-300MPa。 下面將給出一些示例諧振器中，高比重膜的總厚度與壓電薄膜的厚度的比(薄膜厚度比)與諧振特性之間的關(guān)系的描述。圖9A到9C涉及示例諧振器的特性。更具體地，圖9A示出了基準(zhǔn)諧振器和示例諧振器的相對(duì)于薄膜厚度比的機(jī)電耦合系數(shù)之間的差(A k2)。圖9B示出了基準(zhǔn)諧振器和示例諧振器的相對(duì)于薄膜厚度比的諧振點(diǎn)的Q參數(shù)之間的差(AQr)。圖9C示出了基準(zhǔn)諧振器和示例諧振器的相對(duì)于薄膜厚度比的反諧振點(diǎn)的Q參數(shù)的差(AQa)。在圖6中，高比重電極的總厚度等于t2b和t6b，壓電薄膜14的厚度是t4。由此，薄膜厚度比是(t2b+t6b)/t4?；鶞?zhǔn)諧振器被配置為使得壓電薄膜14的厚度是1190nm，高比重下電極12b和高比重上電極16b的厚度是240nm。基準(zhǔn)諧振器的薄膜厚度比是0. 4。在圖9A到9C中基準(zhǔn)諧振器用空方塊表示。 第一比較例被設(shè)計(jì)為通過(guò)均等地減少高比重下電極12b的厚度和高比重上電極 16b的厚度，減小量為壓電薄膜14增加的厚度，以保持諧振頻率恒定而使得薄膜厚度比從 0.4減小。在第一比較例中，保持t2b二t6b的關(guān)系。第一實(shí)施方式具有以下規(guī)定。高比重 上電極16的薄膜厚度t6b是240nm。此外，通過(guò)減小高比重下電極12b的薄膜厚度，減小 量為壓電薄膜的增加后的厚度，使得保持諧振頻率恒定，來(lái)減小薄膜厚度比。選擇低比重下 電極12a的厚度和低比重上電極16a的厚度，以滿足t2a+t6a = 130nm，下電極12和上電 極16具有大致相等的質(zhì)量。諧振部分40具有247X 177iim的橢圓。在圖9A到9C中，第 一實(shí)施方式用實(shí)心圓指示，第一比較例用空心環(huán)指示。 參照?qǐng)D9A，隨著薄膜厚度比減小，機(jī)電耦合系數(shù)增大。這一現(xiàn)象與之前描述的美國(guó) 專利6， 291， 931的內(nèi)容相符合。如圖9B和圖9C所示，隨著薄膜厚度比減小，Q參數(shù)減小。 這是因?yàn)闇p小的薄膜厚度比增大了電極的電阻?？梢哉f(shuō)在機(jī)電耦合系數(shù)和Q參數(shù)之間存在 悖反關(guān)系(trade-offrelation)。如圖9A所示，對(duì)于相同的薄膜厚度比，第一實(shí)施方式比第 一比較例具有更大的機(jī)電耦合系數(shù)。如圖9B和9C所示，對(duì)于相同的薄膜厚度比，第一實(shí)施 方式比第一比較例具有更大的Q參數(shù)。通過(guò)滿足t2b < t6b，對(duì)于相同的Q參數(shù)，能夠提高 機(jī)電耦合系數(shù)。 為了在壓電薄膜14的頂部和底部對(duì)稱地激發(fā)聲波，要求下電極12和上電極16具 有大致相等的質(zhì)量。在壓電薄膜14的頂部和底部未對(duì)稱地激發(fā)聲波的情況下，諧振特性將
會(huì)變差。 考慮上述因素，選擇高比重下電極12b的厚度和高比重上電極16b的厚度使得t2b <t6b。機(jī)電耦合系數(shù)和Q參數(shù)主要受接觸壓電薄膜14的電極12b和16b的影響。薄膜厚 度的上述設(shè)定提高了機(jī)電耦合系數(shù)和Q參數(shù)。壓電薄膜14中的聲波的激發(fā)主要由下電極 12和上電極16的質(zhì)量決定。由此，下電極12和上電極16被設(shè)計(jì)為具有大致相等的質(zhì)量。 由此能夠在壓電薄膜14中對(duì)稱地激發(fā)聲波，并改善諧振特性。 下面將給出對(duì)示例諧振器的描述。圖10A示出了如圖5配置并且配備了基準(zhǔn)諧振 器(薄膜厚度比為0. 4)的濾波器的帶通特性，以及如圖5配置并且分別配備了具有第一實(shí) 施方式的薄膜厚度比的諧振器的濾波器的帶通特性。第一調(diào)節(jié)膜24的厚度是50nm，第二調(diào) 節(jié)膜28的厚度是125nm。圖10B示出了分別配備了具有各不同薄膜厚度比的諧振器的插入 損耗為-1.8dB的濾波器的帶通特性。圖IOC示出了分別配備了具有各不同薄膜厚度比的 諧振器的濾波器的通帶的最大損耗。對(duì)于約0. 35的薄膜厚度比，獲得了最大通帶寬度和通 帶的最小損耗。 下面將給出利用梅森等效電路對(duì)具有不同薄膜厚度比的濾波器的頻率變化的仿 真的描述。圖IIA示出了具有第一比較例的各個(gè)不同薄膜厚度比的濾波器的中心頻率，以 及圖llB示出了具有第一比較例的各個(gè)不同薄膜厚度比的濾波器中每lnm膜厚的第二調(diào)節(jié) 膜28的通帶寬度的變化。圖IIC示出了具有第一實(shí)施方式的各個(gè)不同薄膜厚度比的濾波 器的中心頻率，以及圖IID示出了具有第一實(shí)施方式的各個(gè)不同薄膜厚度比的濾波器中每 lnm膜厚的第二調(diào)節(jié)膜28的通帶寬度的變化。 如圖IIA和IIC所示，對(duì)于約0. 35的薄膜厚度比，第一比較例和第一實(shí)施方式具 有最低中心頻率。只要薄膜厚度比等于或近似等于0. 35，即使在薄膜厚度中存在誤差，也能夠抑制頻率變化。參照?qǐng)DIIB和11D，當(dāng)薄膜厚度比等于或近似等于O. 35時(shí)，對(duì)于第二調(diào)節(jié) 膜28的每lnm的薄膜厚度，第一實(shí)施方式比第一比較例的通帶寬度具有更小的變化。即使 第二調(diào)節(jié)膜28的厚度存在變化，第一實(shí)施方式的通帶寬度也僅僅具有很小的變化。
如上所述，配備了第一實(shí)施方式的諧振器的濾波器能夠抑制由于薄膜厚度比的變 化造成的濾波器中心頻率的變化，并抑制了由于第二調(diào)節(jié)膜28的厚度的變化造成的通帶 寬度的變化。 優(yōu)選地，下電極12的質(zhì)量和上電極16的質(zhì)量的比落入特定范圍，該特定范圍可通 過(guò)仿真來(lái)定義。在圖12A到12F以及圖13A到13E中，實(shí)心圓指示針對(duì)O. 315、0. 33、0. 35、 0. 375、0.40和0.43的薄膜厚度比，對(duì)于質(zhì)量比(上電極16/下電極12)的中心頻率。具體 地，O. 35的薄膜厚度比的中心頻率用雙環(huán)表示。在圖12A到圖12F以及圖13A到13F中，低 比重下電極12a和低比重上電極16a的總厚度，即t2a+t6a，被設(shè)定為等于130nm，t2a被設(shè) 定為等于75nm-125nm。 參照?qǐng)D12A到圖12F以及圖13A到13F，當(dāng)質(zhì)量比約等于1時(shí)，中心頻率變?yōu)樽畹汀?當(dāng)中心頻率等于或接近最小值時(shí)，由于質(zhì)量比的變化引起的中心頻率的變化被最小化。如 圖IOA到10C所示，在通帶寬度和最大插入損耗方面，最優(yōu)選地，薄膜厚度比等于0.35。從 圖IIC和11D中可見，對(duì)于0. 35的薄膜厚度比，由于薄膜厚度比的變化引起的中心頻率的 變化被最小化。因?yàn)閷?duì)于0. 35的薄膜厚度比，針對(duì)質(zhì)量比的中心頻率最低，由于質(zhì)量比和 薄膜厚度比的變化造成的中心頻率的變化被最小化，因而獲得通帶寬度和最大插入損耗的 最大改善。 在圖12B和圖13C之間的情況下，針對(duì)0. 35的薄膜厚度比的頻率最低。下電極12 和上電極16被認(rèn)為具有相等質(zhì)量的可容忍范圍是10%或更小。此外，在圖12C和圖13B的 情況下，下電極12和上電極16被認(rèn)為具有相等質(zhì)量的可容忍范圍是5%或更小。
上述第一實(shí)施方式被配置為使電極12a和16a由Cr制成，電極12b和16b由Ru 制成。然而，電極的材料不限于此。只要下電極12b具有大于下電極12a的比重就足夠，以 及上電極16b具有大于上電極16a的比重就足夠。優(yōu)選地，低比重下電極12a和低比重上 電極16a具有相等的比重，高比重下電極12b和高比重上電極16b具有相等的比重。上述 材料可用于形成電極12a、12b、16a、以及16b。例如，高比重下電極12b和高比重上電極16b 可由具有相對(duì)高的比重的材料W、Pt、Mo、以及Ir中至少一種制成。 壓電薄膜14可由主軸方向?yàn)?002)方向的取向的AlN或ZnO制成。由此能夠獲 得高質(zhì)量薄膜，并且實(shí)現(xiàn)可靠的諧振性能。 優(yōu)選地，諧振部分40投影到基板10上的形狀是橢圓。也就是說(shuō)，優(yōu)選地，下電 極12和上電極16至少之一具有橢圓形狀。由此能夠抑制不希望的寄生諧振(spurious resonance)?；?0可以是不同于硅基板的玻璃基板或石英基板。 空腔20可以形成在基板IO和下電極12之間。如圖l所示，空腔20可以是穿透 基板10的通孔。也就是說(shuō)，通孔位于下電極12下方，使得諧振部分40被包括在通孔中，下 電極通過(guò)該通孔露出。第一實(shí)施方式不僅包括FBAR型而且包括SMR型，如圖4所示，其中 使用聲波多層膜22代替空腔20。
[第二實(shí)施方式] 第二實(shí)施方式是使用第一實(shí)施方式的諧振器的示范雙工器。圖14是根據(jù)第二實(shí)施方式的雙工器的框圖。雙工器62配備有接收濾波器62a和發(fā)射濾波器62b。接收濾波器 62a和發(fā)射濾波器62b連接到公共端或天線端61。接收濾波器62a連接到2個(gè)接收端63a 和63b，它們?yōu)槠胶廨敵龆?。發(fā)射濾波器62b經(jīng)過(guò)功率放大器64連接到發(fā)射端65?？稍诠?共端61和接收濾波器62a和發(fā)射濾波器至少之一之間設(shè)置用于阻抗匹配的移相器。
雙工器62的接收濾波器62a可以是帶通濾波器，允許接收頻率的信號(hào)分量通過(guò)。 經(jīng)過(guò)公共端61接收的信號(hào)通過(guò)接收濾波器62a，以平衡形式經(jīng)過(guò)接收端63a和63b輸出。 發(fā)射濾波器62b抑制所接收的信號(hào)，以防止所接收的信號(hào)被輸出到發(fā)射端65。雙工器62的 發(fā)射濾波器62b是帶通濾波器，允許發(fā)射頻率的信號(hào)分量通過(guò)。經(jīng)過(guò)發(fā)射端65施加并被功 率放大器64放大的發(fā)射信號(hào)通過(guò)發(fā)射濾波器62b，被施加到公共端61 。接收濾波器62a抑 制發(fā)射信號(hào)的頻率，使得發(fā)射信號(hào)不能被輸出到接收端63a和63b。 在第二實(shí)施方式中，接收濾波器62a和發(fā)射濾波器62b中至少之一由第一實(shí)施方 式的諧振器形成。由此能夠提高諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)，由此改善濾波器特性。如此配置 的濾波器對(duì)于薄膜厚度比的變化和第二調(diào)節(jié)膜的厚度的變化，其頻率變化較小。由此能夠 改善雙工器的特性。該雙工器可被配置為具有非平衡型的接收端，也可以具有其它配置。
[第三實(shí)施方式] 第三實(shí)施方式是便攜式電話，其是配備了第一實(shí)施方式的諧振器的電子裝置的示 例。圖15是根據(jù)第三實(shí)施方式的便攜式電話90的RF(無(wú)線射頻)部分的框圖。便攜式電 話90能夠處理GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))和W-CDMA(寬帶碼分多址)兩者。在GSM，便攜式 電話90可工作于850MHz頻帶(GSM850) 、900MHz頻帶(GSM900) 、 1800MHz頻帶(GSM1800)、 以及1900MHz頻帶(GSM1900)。天線71具有接收和發(fā)射GSM信號(hào)和W-CDMA信號(hào)的功能。 當(dāng)接收或發(fā)送W-CDMA的信號(hào)時(shí)，天線開關(guān)72選擇W-CDMA部分92，使得天線71可被連接 到W-CDMA部分92。當(dāng)接收或發(fā)送GSM的信號(hào)時(shí)，天線開關(guān)72選擇GSM部分94，以便進(jìn)行 天線71和GSM部分94的連接。 W-CDMA部分92由雙工器73、低噪聲放大器74、功率放大器75以及信號(hào)處理部分 76組成。信號(hào)處理部分76產(chǎn)生W-CDMA發(fā)射信號(hào)。功率放大器75放大W-CDMA發(fā)射信號(hào)。 雙工器73的發(fā)射濾波器73b傳遞發(fā)射信號(hào)，并將其施加到天線開關(guān)72。雙工器73的接收 濾波器73a傳遞經(jīng)過(guò)天線開關(guān)72接收的W-CDMA接收信號(hào)，將其輸出到低噪聲放大器74。 低噪聲放大器74放大W-CDMA接收信號(hào)，信號(hào)處理部分76下變換該接收信號(hào)，并向下一級(jí) 的處理部分輸出所得的信號(hào)。 GSM部分94配備有濾波器77到80、功率放大器81和82、以及信號(hào)處理部分83。 信號(hào)處理部分83產(chǎn)生GSM發(fā)射信號(hào)。功率放大器81放大GSM850和GSM900的信號(hào)，功率 放大器82放大GSM1800和GSM1900的信號(hào)。天線開關(guān)72根據(jù)經(jīng)過(guò)天線71接收的GSM信 號(hào)的類型選擇濾波器77到80之一。濾波器77到80對(duì)接收信號(hào)濾波，向信號(hào)處理部分83 輸出經(jīng)濾波的信號(hào)。信號(hào)處理部分83將接收的信號(hào)下變頻，向下一級(jí)的處理部分輸出所得 的信號(hào)。 在第三實(shí)施方式中，濾波器73a、73b、和77到80至少之一由第一實(shí)施方式的諧振 器形成。由此能夠提供具有改善的濾波特性的電子裝置。 這里引用的全部示例和條件語(yǔ)言用于教導(dǎo)目的，以幫助讀者理解本發(fā)明和發(fā)明人 為了推進(jìn)本領(lǐng)域而貢獻(xiàn)的概念，因而應(yīng)被理解為不限于具體引用的示例和條件，這些示例在說(shuō)明書中的組織也不涉及本發(fā)明的優(yōu)劣的展示。盡管詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，應(yīng) 理解可對(duì)其進(jìn)行各種改變、替換以及變型而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
一種諧振器，該諧振器包括基板；下電極；壓電薄膜，設(shè)置在所述下電極上；以及上電極，設(shè)置在所述壓電薄膜上，所述下電極包括設(shè)置在所述基板上的第一薄膜、以及設(shè)置在所述第一薄膜上并且比重大于所述第一薄膜的比重的第二薄膜，所述壓電薄膜設(shè)置在所述第二薄膜上，所述上電極包括設(shè)置在所述壓電薄膜上的第三薄膜、以及設(shè)置在所述第三薄膜上的第四薄膜，所述第三薄膜的比重大于所述第四薄膜的比重，以及所述第三薄膜比所述第二薄膜厚。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中所述下電極和所述上電極具有10%可容忍范圍 內(nèi)的相等質(zhì)量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中所述第一薄膜和所述第四薄膜具有相等的比 重，并且所述第二薄膜和所述第三薄膜具有相等的比重。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中所述第一薄膜和所述第四薄膜由Cr制成，所述 第二薄膜和所述第三薄膜由Ru制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，所述諧振器還包括設(shè)置在所述第三薄膜和所述第四 薄膜之間的薄膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中所述第二薄膜和所述第三薄膜由Ru、W、Pt、Mo、 以及Ir中的至少之一制成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述諧振器，其中所述壓電薄膜包括具有主軸方向?yàn)?002)方向的 取向的AlN或ZnO。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中所述下電極和所述上電極中的至少其中之一具 有橢圓形狀。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中在所述下電極的下方、所述上電極和所述下電 極隔著所述壓電薄膜彼此交疊的區(qū)域中設(shè)置開口。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振器，其中所述下電極被彎曲以在所述基板和所述下電 極之間限定穹頂形狀空腔。
11. 一種包括諧振器的濾波器， 各諧振器包括基板； 下電極；壓電薄膜，設(shè)置在所述下電極上；以及 上電極，設(shè)置在所述壓電薄膜上，所述下電極包括設(shè)置在所述基板上的第一薄膜、以及設(shè)置在所述第一薄膜上并且比重 大于所述第一薄膜的比重的第二薄膜，所述壓電薄膜設(shè)置在所述第二薄膜上，所述上電極包括設(shè)置在所述壓電薄膜上的第三薄膜、以及設(shè)置在所述第三薄膜上的第四薄膜，所述第三薄膜的比重大于所述第四薄膜的比重，以及所述第三薄膜比所述第二薄膜厚。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的濾波器，其中所述諧振器包括串聯(lián)臂諧振器和并聯(lián)臂諧振器，所述并聯(lián)臂諧振器包括設(shè)置在所述第三薄膜和所述第四薄膜之間的薄膜。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的濾波器，其中所述諧振器包括設(shè)置在雙工器的發(fā)射系統(tǒng)中的諧振器和設(shè)置在所述雙工器的接收系統(tǒng)中的諧振器。
14. 一種電子裝置，該電子裝置包括天線；以及與所述天線連接的濾波器，所述濾波器包括諧振器，各諧振器包括基板；下電極；壓電薄膜，設(shè)置在所述下電極上；以及上電極，設(shè)置在所述壓電薄膜上，所述下電極包括設(shè)置在所述基板上的第一薄膜、以及設(shè)置在所述第一薄膜上并且比重大于所述第一薄膜的比重的第二薄膜，所述壓電薄膜設(shè)置在所述第二薄膜上，所述上電極包括設(shè)置在所述壓電薄膜上的第三薄膜、以及設(shè)置在所述第三薄膜上的第四薄膜，所述第三薄膜的比重大于所述第四薄膜的比重，以及所述第三薄膜比所述第二薄膜厚。
全文摘要
本發(fā)明涉及諧振器、濾波器、以及電子裝置。該諧振器包括基板；下電極；壓電薄膜，設(shè)置在所述下電極上；以及上電極，設(shè)置在所述壓電薄膜上。所述下電極包括設(shè)置在所述基板上的第一薄膜、以及設(shè)置在第一薄膜上并且比重大于第一薄膜的比重的第二薄膜。所述壓電薄膜設(shè)置在第二薄膜上。所述上電極包括設(shè)置在所述壓電薄膜上的第三薄膜、以及設(shè)置在第三薄膜上的第四薄膜，第三薄膜的比重大于第四薄膜的比重。第三薄膜比第二薄膜厚。
文檔編號(hào)H03H9/15GK101741343SQ20091016837
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者上田政則, 原基揚(yáng), 坂下武, 巖城匡郁, 橫山剛, 西原時(shí)弘, 谷口真司, 遠(yuǎn)藤剛 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社;富士通媒體部品株式會(huì)社