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      包含橋接器的固態(tài)安裝塊體聲波共振器結(jié)構(gòu)的制作方法與工藝

      文檔序號(hào):12556914閱讀:381來源:國知局
      包含橋接器的固態(tài)安裝塊體聲波共振器結(jié)構(gòu)的制作方法與工藝
      包含橋接器的固態(tài)安裝塊體聲波共振器結(jié)構(gòu)相關(guān)申請(qǐng)案交叉參考本申請(qǐng)案是根據(jù)標(biāo)題為“包含橋接器的聲共振器結(jié)構(gòu)(AcousticResonatorStructureComprisingBridge)”且在2009年6月24日提出申請(qǐng)的共同擁有美國專利申請(qǐng)案12/490,525的37C.F.R.§1.53(b)的部分接續(xù)申請(qǐng)案;及標(biāo)題為“具有帶有懸臂部分的電極的聲共振器結(jié)構(gòu)(AcousticResonatorStructurehavinganElectrodewithaCantileveredPortion)”且在2009年11月25日提出申請(qǐng)的共同擁有美國專利申請(qǐng)案12/626,035的37C.F.R.§1.53(b)的部分接續(xù)申請(qǐng)案。本申請(qǐng)案根據(jù)35U.S.C.§120請(qǐng)求美國專利申請(qǐng)案12/490,525及12/626,035的優(yōu)先權(quán)。美國專利申請(qǐng)案12/490,525及12/626,035的揭示內(nèi)容明確以引用方式并入本文中。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種共振器,且更特定來說涉及一種固態(tài)安裝塊體聲波共振器。

      背景技術(shù):
      在許多電子應(yīng)用中,使用電共振器。舉例來說,在許多無線通信裝置中,射頻(rf)及微波頻率共振器用作濾波器以改善信號(hào)的接收及發(fā)射。濾波器通常包括電感器及電容器,且更近來包括共振器。如將了解,期望減小電子裝置的組件的大小。許多已知濾波器技術(shù)呈現(xiàn)總體系統(tǒng)小型化的障礙。由于需要減小組件大小,已出現(xiàn)基于壓電效應(yīng)的一類共振器。在基于壓電的共振器中,在壓電材料中產(chǎn)生聲共振模式。這些聲波被轉(zhuǎn)換成電波供用于電應(yīng)用中。一種類型的壓電共振器是體聲波(BAW)共振器。BAW共振器具有大小小的優(yōu)點(diǎn)且適用于集成電路(IC)制造工具及技術(shù)。BAW共振器包括聲堆疊,所述聲堆疊包含安置于兩個(gè)電極之間的一層壓電材料。聲波實(shí)現(xiàn)跨越聲堆疊的共振,所述波的共振頻率由聲堆疊中的材料確定。BAW共振器基本上類似于體聲共振器,例如石英,但經(jīng)按比例縮小以便以GHz頻率共振。由于BAW共振器具有大約微米的厚度以及幾百微米的長度及寬度,因此BAW共振器有益地提供對(duì)已知共振器的相當(dāng)緊湊的替代品。如所期望,體聲共振器僅激發(fā)厚度伸縮(TE)模式,其為沿傳播方向具有傳播(k)向量的縱向機(jī)械波。TE模式如所期望沿壓電層的厚度方向(例如,z方向)行進(jìn)。遺憾的是,除了所要的TE模式,聲堆疊中還產(chǎn)生橫向模式,稱作瑞利蘭姆模式(Rayleigh-Lambmode)。瑞利蘭姆模式是具有垂直于TE模式(所要的操作模式)的方向的k向量的機(jī)械波。這些橫向模式沿壓電材料的面維度行進(jìn)。除其他不利效果外,橫向模式有害地影響B(tài)AW共振器裝置的質(zhì)量(Q)因數(shù)。特定來說,瑞利蘭姆模式的能量在非作用區(qū)且在BAW共振器裝置的界面處損失。如將了解,偽模式的此能量損失是所要縱向模式的能量損失,且最終是Q因數(shù)的降級(jí)。BAW共振器包含作用區(qū)域,且到所述作用區(qū)域及從所述作用區(qū)域的連接可增加損失,且從而使Q因數(shù)降級(jí)。舉例來說,在作用區(qū)域與連接之間的轉(zhuǎn)變區(qū)中,缺陷可由于BAW共振器結(jié)構(gòu)的下部電極的終止而在制作期間在壓電層中形成。這些缺陷可導(dǎo)致聲損失,且因此導(dǎo)致Q因數(shù)的減小。因此需要至少克服上文所描述的已知缺點(diǎn)的生共振器結(jié)構(gòu)電濾波器。

      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
      根據(jù)一代表性實(shí)施例,一種固態(tài)安裝塊體聲波共振器包含:第一電極;第二電極;壓電層,其安置于所述第一電極與所述第二電極之間;及聲反射器,其包含多個(gè)層且安置于所述第一電極、所述第二電極及所述壓電層下面。所述聲反射器、所述第一電極、所述第二電極及所述壓電層的重疊界定所述聲共振器的作用區(qū)域,且所述壓電層在所述第一電極的邊緣上方延伸。所述聲共振器還包含鄰近所述聲共振器的所述作用區(qū)域的終端的橋接器。所述橋接器重疊所述第一電極的一部分。附圖說明當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)說明時(shí)可最好地理解說明性實(shí)施例。強(qiáng)調(diào)各種特征未必按比例繪制。事實(shí)上,為清晰論述起見可能任意增加或減小尺寸。在適用且實(shí)際的情況下,相同參考編號(hào)指代相同元件。圖1A展示根據(jù)一代表性實(shí)施例的固態(tài)安裝塊體聲共振器(SMR)的橫截面圖。圖1B展示圖1A的代表性實(shí)施例的SMR的俯視圖。圖1C展示根據(jù)另一代表性實(shí)施例的固態(tài)安裝塊共振器的橫截面圖。圖2展示根據(jù)一代表性實(shí)施例的固態(tài)安裝塊體聲共振器(SMR)的橫截面圖。圖3展示根據(jù)一代表性實(shí)施例的固態(tài)安裝塊體聲共振器(SMR)的橫截面圖。圖4A展示根據(jù)一代表性實(shí)施例的固態(tài)安裝塊體聲共振器(SMR)的橫截面圖。圖4B展示圖4A的代表性實(shí)施例的SMR的俯視圖。圖5展示根據(jù)一代表性實(shí)施例的固態(tài)安裝塊體聲共振器(SMR)的橫截面圖。圖6A是一代表性實(shí)施例的SMR的聲共振器的S11參數(shù)的史密斯圓圖(SmithChart)上的Q圓圈及已知SMR的Q圓圈的圖形表示。圖6B展示SMR的并聯(lián)阻抗(Rp)的曲線圖,包括一代表性實(shí)施例的SMR。圖7A是一代表性實(shí)施例的SMR的聲共振器的S11參數(shù)的史密斯圓圖上的Q圓圈及已知SMR的Q圓圈的圖形表示。圖7B展示SMR的并聯(lián)阻抗(Rp)的曲線圖,包括一代表性實(shí)施例的SMR。具體實(shí)施方式所定義術(shù)語應(yīng)理解,本文中所使用的術(shù)語僅出于描述特定實(shí)施例的目的,而并非打算進(jìn)行限制。除所定義術(shù)語的技術(shù)及科學(xué)含義外,所定義術(shù)語如在本教示內(nèi)容的技術(shù)領(lǐng)域中通常所理解及接受。除非上下文另外明確說明,否則說明書及所附權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語“一(a)、“一(an)”及“所述(the)”包括單數(shù)及復(fù)數(shù)指示物兩者。因此,舉例來說,“一裝置”包括一個(gè)裝置及復(fù)數(shù)裝置。如說明書及所附權(quán)利要求書中所使用,且除其普通含義外,術(shù)語“實(shí)質(zhì)”或“實(shí)質(zhì)上”意指具有可接受限度或程度。舉例來說,“實(shí)質(zhì)上消除”意指所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)為消除可接受。如說明書及所附權(quán)利要求書中所使用且除其普通含義外,術(shù)語“大致”向所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員意指在一可接受限度或量內(nèi)。舉例來說,“大致相同”意指所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)為各項(xiàng)目相比是相同的。在以下詳細(xì)說明中,出于解釋及非限制的目的,列舉了具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)根據(jù)本教示內(nèi)容的說明性實(shí)施例的透徹理解。然而,所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員受益于本發(fā)明而將顯而易見,背離本文中所揭示的具體細(xì)節(jié)的根據(jù)本教示內(nèi)容的其它實(shí)施例仍在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。此外,可省略對(duì)眾所周知的設(shè)備及方法的說明以便不模糊對(duì)說明性實(shí)施例的說明。此些方法及設(shè)備明確在本教示內(nèi)容的范圍內(nèi)。一般來說,應(yīng)理解圖式及其中所描繪的各種元件未按比例繪制。此外,相對(duì)性術(shù)語,例如“上方”、“下方”、“頂部”、“底部”、“上部”及“下部”用以描述各種元件彼此的關(guān)系,如附圖中所圖解說明。應(yīng)理解,這些相對(duì)性術(shù)語旨在除圖式中所描繪的定向外還涵蓋裝置及/或元件的不同定向。舉例來說,如果裝置相對(duì)于圖式中的視圖反轉(zhuǎn),那么被描述為在另一元件“上方”的元件(舉例來說)現(xiàn)在將在所述元件下方。本教示內(nèi)容一般來說涉及包含SMR的BAW共振器結(jié)構(gòu)。在某些應(yīng)用中,BAW共振器結(jié)構(gòu)提供基于SMR的濾波器(例如,梯式濾波器)。BAW共振器及共振器濾波器的某些細(xì)節(jié)、其材料及其制作方法可在以下共同擁有的美國專利及專利申請(qǐng)案中的一者或一者以上中找到:頒發(fā)給拉肯(Lakin)的第6,107,721號(hào)美國專利;頒發(fā)給魯比(Ruby)等人的第5,587,620、5,873,153、6,507,983、6,384,697、7,275,292及7,629,865號(hào)美國專利;頒發(fā)給馮(Feng)等人的第7,280,007號(hào)美國專利;頒發(fā)給亞穆尼拉(Jamneala)等人的第2007/0205850號(hào)美國專利申請(qǐng)公開案;頒發(fā)給魯比等人的第7,388,454號(hào)美國專利;頒發(fā)給喬伊(Choy)等人的第2010/0327697號(hào)美國專利申請(qǐng)公開案;及頒發(fā)給喬伊等人的第2010/0327994號(hào)美國專利申請(qǐng)公開案。這些專利及專利申請(qǐng)案的揭示內(nèi)容明確以引用方式并入本文中。強(qiáng)調(diào)這些專利及專利申請(qǐng)案中所描述的組件、材料及制作方法僅為代表性的且涵蓋所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)的其它制作方法及材料。圖1A是根據(jù)一說明性實(shí)施例的聲共振器100的橫截面圖。說明性地,聲共振器100為SMR結(jié)構(gòu)。聲共振器100包含襯底101,所述襯底說明性地包含硅(Si)或其它合適材料。第一電極102安置于襯底101上方。壓電層103安置于第一電極102上方且第二電極104安置于壓電層103上方。因此,壓電層103具有與第一電極102接觸的第一表面及與第二電極104接觸的第二表面。第一電極102及第二電極104包括導(dǎo)電材料且沿y方向提供振蕩電場(chǎng),y方向是壓電層103的厚度方向。在本說明性實(shí)施例中,(圖1A中所描繪的坐標(biāo)系統(tǒng)的)y軸線線是共振器的TE(縱向)模式的軸線。壓電層103以及第一電極102及第二電極104提供于聲反射器105上方,聲反射器105包含形成于襯底101中或其上的高聲阻抗材料與低聲阻抗材料的交替層106、107。說明性地,聲反射器105是所謂的聲布拉格反射器,諸如頒發(fā)給拉肯的第6,107,721號(hào)美國專利中所描述,或如頒發(fā)給拉爾森(Larson)等人的共同擁有美國專利7,332,985中所描述,或如頒發(fā)給拉爾森的共同擁有美國專利7,358,831中所描述。第6,107,721號(hào)美國專利、美國專利7,332,985及美國專利7,358,831的揭示內(nèi)容的明確以全文引用的方式并入本發(fā)明中。第一電極102及第二電極104、壓電層103及聲反射器105的重疊區(qū)稱作聲共振器100的作用區(qū)域114。因此,聲共振器100為機(jī)械共振器,其可經(jīng)由壓電層103電耦合。相比之下,聲共振器100的非作用區(qū)域包含第一電極102或第二電極104或兩者與未安置于聲反射器105上方的壓電層103之間的重疊區(qū)。說明性地,在圖1A中所描繪的代表性實(shí)施例中,非作用區(qū)域包含第一電極102、壓電層103及第二電極104之間的重疊區(qū),其未安置于聲反射器105上方。如下文更完全地描述,將聲共振器100的非作用區(qū)域的面積減小到實(shí)際的程度對(duì)共振器的性能是有益的。當(dāng)以選定拓?fù)溥B接時(shí),多個(gè)聲共振器100可充當(dāng)電濾波器。舉例來說,聲共振器100可以梯-濾波器布置來布置,例如頒發(fā)給(Ella)艾拉的美國專利5,910,756及頒發(fā)給布雷德利(Bradley)等人的美國專利6,262,637中所描述。電濾波器可用于眾多應(yīng)用中,例如用于雙工器中。聲共振器100還包含提供于聲共振器100的互連側(cè)109上的橋接器108?;ミB側(cè)109連接到信號(hào)線(未展示)及經(jīng)選擇用于聲共振器100的特定應(yīng)用的電子組件(未展示)。聲共振器100的此部分通常稱作聲共振器100的互連側(cè)。第二電極104在聲反射器105上方的位置110處終止,以便最小化聲共振器100的非作用區(qū)域,如下文所描述。位置110與聲共振器100的互連側(cè)109相對(duì)。橋接器108包含形成于第二電極104的一部分下面的間隙111。說明性地,且如下文所描述,在移除在間隙111的形成中提供的犧牲層(未展示)之后,間隙111包含空氣。然而,間隙111可包含其它材料,包括低聲阻抗材料,例如碳(C)摻雜的SiO2,其也稱作黑金剛石;或介電樹脂,市場(chǎng)上稱作SiLK;或苯并環(huán)丁烯(BCB)。此些低聲阻抗材料可通過已知方法提供于間隙111中。可在移除用以形成間隙111的犧牲材料之后提供低聲阻抗材料(如下文所描述),或可使用其來代替間隙111中的犧牲材料,且不移除。在一代表性實(shí)施例中,通過在第一電極102上方提供犧牲層(未展示)及在互連側(cè)上提供壓電層103的一部分且在犧牲層上方形成第二電極104來形成橋接器108。說明性地,犧牲材料包含磷硅酸鹽玻璃(PSG),其說明性地包含8%的磷及92%的二氧化硅。隨后在PSG上沉積后續(xù)層,例如壓電層103及第二電極104,直到形成最后結(jié)構(gòu)。明顯地,可在沉積壓電層103之前在第一電極102上方提供籽晶層(未展示),且可在第二電極104上方沉積鈍化層(未展示)。在形成包含橋接器108的結(jié)構(gòu)之后,說明性地借助氫氟酸蝕刻掉PSG犧牲層,從而留下獨(dú)立的橋接器108。壓電層103包含在于第一電極102及襯底101上方形成壓電層103期間形成的轉(zhuǎn)變部112。轉(zhuǎn)變部112處的壓電層103通常包含材料缺陷及孔隙,特定來說例如晶格缺陷及孔隙等結(jié)構(gòu)缺陷。這些缺陷及孔隙可導(dǎo)致在壓電材料中傳播的機(jī)械波的聲能的損失。應(yīng)了解,聲能損失導(dǎo)致聲共振器100的Q因數(shù)的減小。然而,且如下文所描述,通過將第二電極104與轉(zhuǎn)變部112所發(fā)生的間隙111的區(qū)113中的壓電層103分離,聲共振器100的作用區(qū)域114的部分必然不包括壓電層103的其中包括缺陷及孔隙的轉(zhuǎn)變部112。因此,與已知共振器(例如已知FBAR)相比,由于壓電層103中在轉(zhuǎn)變部112處的缺陷及孔隙所致的聲損失減小,且Q因數(shù)得到改善。另外,且有益地,橋接器108在聲共振器100的互連側(cè)于作用區(qū)域114的邊界處提供聲阻抗不匹配。此聲阻抗不匹配致使邊界處原本可傳播出作用區(qū)域114且損失因此導(dǎo)致能量損失的聲波反射。通過防止此些損失,橋接器108產(chǎn)生聲共振器100中的增加的Q因數(shù)。此外,第二電極104在位置110處的終止將聲共振器100的作用區(qū)域114終止且通過形成聲阻抗不匹配而減小損失。此還提供Q因數(shù)的改善。除在轉(zhuǎn)變部112之前將聲共振器100的作用區(qū)域114終止外,橋接器108還減小聲共振器100的非作用區(qū)的面積。聲共振器100的非作用區(qū)形成寄生電容,其在等效電路中與聲共振器100的作用區(qū)域114的固有電容電并聯(lián)。此寄生電容使有效耦合系數(shù)(kt2)降級(jí),且因此減小所述寄生電容是有益的。有益地,減小非作用區(qū)的面積改善有效耦合系數(shù)(kt2)。橋接器108具有界定為第一電極102與橋接器108的重疊的距離的寬度115。隨著寬度115增加,聲共振器100的Q因數(shù)增加。有效耦合系數(shù)(kt2)也隨著增加的寬度115而在一定程度上增加。因此,對(duì)特定寬度115的選擇由于非作用區(qū)域的減小而由于減小的聲損失產(chǎn)生Q及kt2的改善。然而,雖然由于在代表性實(shí)施例的聲共振器結(jié)構(gòu)中包括橋接器108而kt2增加且寄生電容減小,但存在增加的寬度115將進(jìn)一步導(dǎo)致聲共振器100的作用區(qū)域114的減小的點(diǎn)。作用區(qū)域114的此減小將導(dǎo)致寄生電容的不期望增加及kt2的減小。一般來說,以實(shí)驗(yàn)方式確定橋接器108的最佳寬度115。橋接器108具有如圖1A中所描繪的總寬度116。通過增加總寬度116來實(shí)現(xiàn)聲共振器100的Q因數(shù)的某種邊際改善,且從而增加第二電極104與超出寬度115的壓電層103的分離。圖1B展示圖1A的聲共振器100的俯視圖。明顯地,圖1A中所展示的聲共振器100的橫截面圖是沿著線1B-1B截取的。將本實(shí)施例的第二電極104切趾以減小聲損失。切趾在聲共振器中的使用的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可在頒發(fā)給拉爾森III(LarsonIII)等人的共同擁有美國專利6,215,375中或在頒發(fā)給理查德C.魯比(RichardC.Ruby)的共同擁有美國專利7,629,865中找到。美國專利6,215,375及美國專利7,629,865的整體揭示內(nèi)容明確以引用方式并入本文中。聲共振器100的基本模式是縱向伸縮模式或“活塞”模式。此模式通過在聲共振器100的共振頻率下將時(shí)變電壓施加到第一電極102及第二電極104來激發(fā)。壓電材料將電能形式的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。在具有薄電極的理想SMR中,當(dāng)所施加的頻率等于壓電介質(zhì)的聲音速度除以壓電介質(zhì)的厚度的兩倍時(shí)共振發(fā)生:f=vac/(2*T),其中T是壓電介質(zhì)的厚度,且vac是聲相速度。對(duì)于具有有限厚度電極的共振器,通過經(jīng)加權(quán)聲速度及電極的厚度來修改此方程式??赏ㄟ^在史密斯圓圖上繪制經(jīng)反射能量與所施加能量的比率(即,S11參數(shù))來獲得對(duì)共振器的Q的定量及定性理解,因?yàn)閷?duì)于在共振頻率下具有等于系統(tǒng)阻抗的阻抗的SMR共振器來說,針對(duì)一個(gè)電極連接到接地且另一電極連接到信號(hào)的情形頻率是變化的。當(dāng)所施加能量(例如,RF信號(hào))的頻率增加時(shí),SMR共振器的量值/相位以順時(shí)針方式在史密斯圓圖上掃出一個(gè)圓圈。此圓圈稱作Q圓圈。在Q圓圈首先交叉實(shí)軸(水平軸線)的情況下,此對(duì)應(yīng)于串聯(lián)共振頻率fs。實(shí)際阻抗(以歐姆為單位測(cè)量)為Rs。當(dāng)Q圓圈圍繞史密斯圓圖的周界繼續(xù)時(shí),其再次交叉實(shí)軸。Q圓圈交叉實(shí)軸的第二點(diǎn)標(biāo)記為fp,其為SMR的并聯(lián)或抗共振頻率。fp下的實(shí)際阻抗為Rp。通常期望在最大化Rp的同時(shí)最小化Rs。在質(zhì)量上,Q圓圈越“擁抱”史密斯圓圖的外邊沿,裝置的Q因數(shù)越高。理想的無損共振器的Q圓圈將具有為一的半徑且將在史密斯圓圖的邊緣處。然而,如上所述,存在影響裝置的Q的能量損失。舉例來說,且除上文所提及的聲損失源外,瑞利蘭姆(橫向或偽)模式是沿壓電層103的x、y維度。這些橫向模式是由于沿z方向行進(jìn)的縱向模式的面間模式轉(zhuǎn)換;且對(duì)于TE模式及由于安置電極的區(qū)與共振器的不存在電極的包圍區(qū)之間的有效速度的差異所致的各種橫向模式兩者(例如,S0模式以及第零及第一彎曲模式A0及A1)是由于非零傳播向量kx及ky的形成,。不管其源如何,橫向模式在許多共振器應(yīng)用中寄生。舉例來說,寄生橫向模式在共振器的界面處耦合且移除供用于縱向模式的能量且因此減小共振器裝置的Q因數(shù)。明顯地,由于寄生橫向模式及其它聲損失,可在S11參數(shù)的史密斯圓圖的Q圓圈上觀察到Q的急劇減小。Q因數(shù)的這些急劇減小稱作“打結(jié)(rattle)”或“打環(huán)(loop-de-loop)”,其展示及描述于原申請(qǐng)案中。如所并入的美國專利6,215,375及7,629,865中更完全地描述,經(jīng)切趾第一電極102及第二電極104非建設(shè)性地在共振器的界面處致使橫向模式的反射,因此減小原本在聲共振器100的作用區(qū)域114外部傳播且損失的橫向模式的量值。這些損失有時(shí)稱作“錨定點(diǎn)”損失。有益地,由于這些橫向模式未被耦合出聲共振器100且發(fā)展到較高量值,因此可減輕能量損失,其中經(jīng)反射橫向模式的至少一部分通過模式轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成縱向模式。最后,此產(chǎn)生Q因數(shù)的總體改善。圖1C是根據(jù)一說明性實(shí)施例的聲共振器100的橫截面圖。說明性地,聲共振器100為SMR結(jié)構(gòu)。聲共振器100包含襯底101、安置于襯底101上方的第一電極102、安置于第一電極102上方的壓電層103及安置于壓電層103上方的第二電極104。圖1C中所描繪的聲共振器100包含具有高聲阻抗材料與低聲阻抗材料的交替層106、107的聲反射器105。圖1C中所描繪的聲共振器100的許多方面與上文結(jié)合圖1A所描述的聲共振器100是共同的。未重復(fù)這些共同細(xì)節(jié)以便避免模糊對(duì)此實(shí)施例的說明。然而,不同于圖1A的實(shí)施例,在圖3中所描繪的代表性實(shí)施例中,聲反射器105延伸超出聲共振器100的作用區(qū)域114,且在安置于同一襯底101上方的鄰近聲共振器(未展示)之間延伸。在此實(shí)施例中,聲共振器100的非作用區(qū)域包含第一電極102或第二電極104中的一者與壓電層103的重疊。最后,在下文所描述的代表性實(shí)施例中,聲反射器105安置于其相應(yīng)聲共振器100下面(例如,如在圖1A中)。然而,本教示內(nèi)容涵蓋使用在安置于共用襯底(例如,襯底101)上方的鄰近聲共振器(未展示)之間延伸的聲反射器105。圖2展示根據(jù)一代表性實(shí)施例的聲共振器100的橋接器108的Q因數(shù)對(duì)寬度115的曲線圖。點(diǎn)201表示不包括代表性實(shí)施例的橋接器的已知SMR的Q因數(shù)。由于轉(zhuǎn)變部112中的缺陷所致的聲損失與聲共振器100的非作用區(qū)的面積的相當(dāng)大增加組合而產(chǎn)生相當(dāng)?shù)?大約850Ω)的Q因數(shù)。相比之下,當(dāng)一代表性實(shí)施例的橋接器108的寬度115被選擇為大約10μm時(shí),聲共振器100的非作用區(qū)域減小,其中橋接器108及區(qū)113包含增加相當(dāng)大的尺寸。在圖2的點(diǎn)202中可看到,Q因數(shù)增加到大約2500Ω。應(yīng)了解,聲共振器100的互連側(cè)上的非作用區(qū)域的減小產(chǎn)生由于壓電層103中的缺陷所致的損失的減小及聲共振器100的互連側(cè)處聲共振器100的作用區(qū)域114的邊界處的聲阻抗不匹配。圖3是根據(jù)一說明性實(shí)施例的聲共振器300的橫截面圖。作為SMR的聲共振器300與前文所描述的聲共振器100共享許多共同特征。通常不重復(fù)這些共同細(xì)節(jié)中的許多共同細(xì)節(jié)以便避免模糊目前所描述的實(shí)施例。聲共振器300包含襯底101。第一電極102安置于襯底101上方。壓電層103安置于第一電極102上方且第二電極104安置于壓電層103上方。第一電極102及第二電極104包括導(dǎo)電材料且沿y方向提供振蕩電場(chǎng),y方向是壓電層103的厚度方向。在本說明性實(shí)施例中,(圖3中所描繪的坐標(biāo)系統(tǒng))的y軸線是共振器的TE(縱向)模式的軸線。聲共振器300包含上文所描述的聲反射器105。聲共振器300包含凹部301(通常稱作“凹臍(innie)”)及框架元件302(也稱作“凸臍(outie)”)。凹部301可提供于第二電極104的一個(gè)或一個(gè)以上側(cè)上方。類似地,框架元件302可提供于第二電極104的一個(gè)或一個(gè)以上側(cè)上方。凹部301及框架元件302在第二電極104的周界處提供聲不匹配,抑制不期望的橫向模式且在阻抗不連續(xù)性下改善聲波的反射。因此,凹部301及框架元件302用以減小聲共振器300中的聲損失。第一電極102及第二電極104、壓電層103及聲反射器105的重疊區(qū)(其不包括凹部301或框架元件302(即,在圖3中所描繪的實(shí)施例中在凹部301“內(nèi)部”)界定聲共振器300的作用區(qū)域114。相比之下,聲共振器300的非作用區(qū)域包含第一電極102或第二電極104或兩者與未安置于聲反射器105上方的壓電層103之間的重疊區(qū)。凹部301及框架元件302提供聲阻抗不連續(xù)性以提供模式回到聲共振器300的作用區(qū)域114中的反射且減小進(jìn)入到聲共振器300的非作用區(qū)域中的能量損失。還提供凹部301及框架元件302以抑制不期望的橫向模式反射回到作用區(qū)域114中。最后,減小的損失轉(zhuǎn)化成聲共振器300的經(jīng)改善Q因數(shù)。在圖3中所描繪的代表性實(shí)施例中,在第二電極104上展示凹部301及框架元件302。值得注意的是,凹部301或框架元件302或兩者可改為各自提供于第一電極102的一個(gè)或一個(gè)以上側(cè)上,或選擇性地提供于第一電極102及第二電極104兩者上。此外,框架元件302可由與第二電極104或第一電極102相同的材料制成,或?yàn)榘仓糜诘诙姌O104上或安置于第一電極102上或兩者上的單獨(dú)材料。凹部301及框架元件302的使用、形成及益處的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在(舉例來說)以下共同擁有美國專利中的一者或一者以上中找到:頒發(fā)給魯比等人的7,164,448;頒發(fā)給馮等人的7,280,007;頒發(fā)給法西奧(Fazzio)等人的7,369,013;頒發(fā)給法西奧等人的7,388,454;頒發(fā)給魯比等人的7,714,684;及頒發(fā)給亞穆尼拉等人的標(biāo)題為“具有框架元件的壓電共振器結(jié)構(gòu)及電子濾波器(PiezoelectricResonatorStructureandElectronicFiltershavingFrameElements)”的共同擁有的美國專利申請(qǐng)公開案20070205850。美國專利7,280,007及7,369,013以及美國專利申請(qǐng)公開案20070205850的揭示內(nèi)容明確以引用的方式并入本文中。圖4A展示根據(jù)一代表性實(shí)施例且沿著線4B-4B截取的聲共振器400的橫截面圖。聲共振器400的特征中的許多特征與結(jié)合圖1A到3中的代表性實(shí)施例所描述的聲共振器100、200、300的特征是共同的。通常未重復(fù)共同特征、其特性及益處的細(xì)節(jié)以便避免模糊目前所描述的實(shí)施例。聲共振器400包含襯底101。第一電極102安置于襯底101上方。壓電層103安置于第一電極102上方且第二電極104安置于壓電層103上方。第一電極102及第二電極104包括導(dǎo)電材料且沿y方向提供振蕩電場(chǎng),y方向是壓電層103的厚度方向。在本說明性實(shí)施例中,(圖4中所描繪的坐標(biāo)系統(tǒng))的y軸線是共振器的TE(縱向)模式的軸線。聲共振器400包含上文所描述的聲反射器105。聲共振器400包含沿著互連側(cè)109的橋接器108。橋接器108提供間隙111,其可為孔隙(例如,空氣)或可填充有低聲阻抗材料。第二電極104的懸臂部分401提供于第二電極104的至少一側(cè)上。懸臂部分401亦可稱作“翼”。第一電極102及第二電極104各自包含導(dǎo)電材料(例如,鉬(Mo))且沿所展示的坐標(biāo)系統(tǒng)的y方向(即,壓電層103的厚度方向)提供振蕩電場(chǎng)。在目前所描述的說明性實(shí)施例中,y軸線是共振器的TE(縱向)模式的軸線。第二電極104的懸臂部分401在間隙402上方延伸,間隙402說明性地包含空氣。在一代表性實(shí)施例中,通過已知技術(shù)在第一電極102及壓電層103的一部分上方沉積犧牲層(未展示)。如上文所描述,犧牲層包含磷硅酸鹽玻璃(PSG),其說明性地包含8%的磷及92%的二氧化硅。在形成第二電極104之后,說明性地借助氫氟酸蝕刻掉犧牲層,從而留下懸臂部分401。明顯地,并非空氣,間隙402可包含其它材料,包括低聲阻抗材料,例如碳(C)摻雜的SiO2,其也稱作黑金剛石;或介電樹脂,市場(chǎng)上稱作SiLK;或苯并環(huán)丁烯(BCB)。此些低聲阻抗材料可通過已知方法提供于間隙402中??稍谝瞥靡孕纬砷g隙402的犧牲材料之后提供低聲阻抗材料,或可使用其來代替間隙402中的犧牲材料,且不移除。第一電極102及第二電極104、壓電層103及聲反射器105的接觸重疊區(qū)稱作聲共振器400的作用區(qū)域404。相比之下,聲共振器400的非作用區(qū)域包含第一電極102或第二電極104或兩者與未安置于聲反射器105上方的壓電層103之間的重疊區(qū)。有益地,橋接器108及懸臂部分401提供聲阻抗不連續(xù)性且因此改變其相應(yīng)界面處的邊界條件。這些阻抗不連續(xù)性促進(jìn)波反射回到聲共振器400的作用區(qū)域404以轉(zhuǎn)換成所要TE模式,且抑制不期望的橫向模式被反射回到作用區(qū)域404中。另外,橋接器108有效地將第二電極104與可能缺陷在第一電極102處的生長期間引入的壓電層103的部分分離以便實(shí)現(xiàn)更好的Q。懸臂部分401延伸超出作用區(qū)域114的邊緣達(dá)寬度403,如所展示。進(jìn)行到信號(hào)線(未展示)及選擇用于聲共振器100的特定應(yīng)用的電子組件(未展示)的電連接109。聲共振器400的此部分包含聲共振器100的互連側(cè)109。隨著本說明繼續(xù)而將變得更明確,進(jìn)行與其的電接觸的第二電極104的互連側(cè)109不包含懸臂部分。相比之下,聲共振器400的一個(gè)或一個(gè)以上非連接側(cè)可包含延伸超出作用區(qū)域404的邊緣的懸臂部分401。圖4B展示圖4A中的橫截面圖中所展示且根據(jù)一代表性實(shí)施例的聲共振器400的俯視圖。聲共振器100還包含具有安置于其上方的任選鈍化層(未展示)的第二電極104。在一代表性實(shí)施例中,懸臂部分401是沿著每一非接觸側(cè)405提供且具有相同寬度。此僅為說明性的,且還涵蓋至少一個(gè)但并非所有非接觸側(cè)405包含懸臂部分401。此外,涵蓋第二電極104包含多于或少于如所展示的四個(gè)側(cè)。舉例來說,涵蓋包含四個(gè)側(cè)(所述側(cè)中的一者或一者以上上具有懸臂部分(例如,懸臂部分401))及提供互連側(cè)的第五側(cè)的五邊形(例如,如圖1B中所展示)第二電極。在一代表性實(shí)施例中,第一電極102的形狀實(shí)質(zhì)上與第二電極104的形狀相同。明顯地,第一電極102可包含大于第二電極104的面積,且第一電極102的形狀可不同于第二電極104的形狀。進(jìn)一步注意,可進(jìn)行到一個(gè)以上側(cè)(例如,并非只是互連側(cè)109)的電連接,其中剩余邊緣為非連接邊緣且包含懸臂部分401。最后,注意,懸臂部分401可具有相同寬度403,但此并非本質(zhì)的,且懸臂部分401可具有不同寬度403。如上所述,可通過在史密斯圓圖上繪制經(jīng)反射能量與所施加能量的比率來獲得對(duì)共振器的Q的定量及定性理解,因?yàn)閷?duì)于在共振頻率下具有等于系統(tǒng)阻抗的阻抗的SMR共振器來說,針對(duì)一個(gè)電極連接到接地且另一電極連接到信號(hào)的情形頻率是變化的。當(dāng)所施加能量的頻率增加時(shí),SMR共振器的量值/相位在史密斯圓圖上掃出一個(gè)圓圈。此圓圈稱作Q圓圈。在Q圓圈首先交叉實(shí)軸(水平軸線)的情況下,此對(duì)應(yīng)于串聯(lián)共振頻率fs。實(shí)際阻抗(以歐姆為單位測(cè)量)為Rs。當(dāng)Q圓圈圍繞史密斯圓圖的周界繼續(xù)時(shí),其再次交叉實(shí)軸。Q圓圈交叉實(shí)軸的第二點(diǎn)標(biāo)記為fp,其為FBAR的并聯(lián)或抗共振頻率。fp下的實(shí)際阻抗為Rp。通常期望在最大化Rp的同時(shí)最小化Rs。在質(zhì)量上,Q圓圈越“擁抱”史密斯圓圖的外邊沿,裝置的Q因數(shù)越高。理想的無損共振器的Q圓圈將具有為一的半徑且將在史密斯圓圖的邊緣處。然而,如上所述,存在影響裝置的Q因數(shù)的能量損失。舉例來說,且除上文所提及的聲損失源外,瑞利蘭姆(橫向或偽)模式是沿壓電層103的x、y維度。這些橫向模式是由于沿z方向行進(jìn)的縱向模式的面間模式轉(zhuǎn)換;且對(duì)于TE模式及由于安置電極的區(qū)與共振器的不存在電極的包圍區(qū)之間的有效速度的差異所致的各種橫向模式兩者(例如,S0(對(duì)稱)模式以及第零及第一階(不對(duì)稱)模式A0及A1)是由于非零傳播向量kx及ky的形成。在特定頻率下,聲共振器的聲波長由v/f確定,其中v是聲速度且f是頻率。相信Qp的周期性(即,作為懸臂部分401的寬度的函數(shù)的最大值及最小值的位置)與聲波長度相關(guān)。在Qp的最大值,懸臂部分401的振動(dòng)距離其機(jī)械共振相當(dāng)遠(yuǎn);而在最小值,懸臂部分401的機(jī)械共振發(fā)生。相信Qp的最大值與懸臂部分401的機(jī)械共振與來自壓電層103的聲振動(dòng)的交互作用相關(guān)。當(dāng)懸臂部分401的寬度403高于某一值時(shí)Qp峰值發(fā)生。當(dāng)懸臂部分401的機(jī)械共振等于nλ/4(其中n=1,2,…)時(shí)Qp的最大值發(fā)生。明顯地,當(dāng)頻率減小時(shí),聲波長度增加,且在最大值的懸臂部分401的寬度相應(yīng)地增加。不管其源如何,橫向模式在許多共振器應(yīng)用中寄生。舉例來說,寄生橫向模式在共振器的周界處耦合且移除供用于縱向模式的能量且因此減小共振器裝置的Q因數(shù)。明顯地,由于寄生橫向模式及其它聲損失,可在S11參數(shù)的史密斯圓圖的Q圓圈上觀察到Q的急劇減小。Q因數(shù)的這些急劇減小稱作“打結(jié)”或“打環(huán)”,其展示及描述于下文中。代表性實(shí)施例的懸臂部分401提供聲共振器400的作用區(qū)域414的邊界處的聲阻抗的改變。因此,促進(jìn)邊界處的橫向模式的反射。在一代表性實(shí)施例中,聲共振器400的作用區(qū)域404的邊界及懸臂部分401包含固體材料(第一電極102及第二電極104以及壓電層103)及空氣,其呈現(xiàn)相當(dāng)大的阻抗不匹配及相當(dāng)高的反射系數(shù)。因此,橫向模式被相當(dāng)高地反射,此通過兩個(gè)機(jī)制改善Q因數(shù)。首先,由于未傳輸經(jīng)反射橫向模式,因此其能量未損失。通過減少在聲共振器400的作用區(qū)域404外部的橫向模式的傳輸來改善損失可增加聲共振器400的Q因數(shù)。第二,經(jīng)反射橫向模式的一部分轉(zhuǎn)換成所要縱向模式。波能量在縱向模式中越大,Q因數(shù)越高。因此,聲共振器400的懸臂部分401增強(qiáng)并聯(lián)及串聯(lián)共振(即,Qp及Qs)兩者的Q因數(shù)。圖5展示根據(jù)一代表性實(shí)施例的聲共振器500的橫截面圖。聲共振器500的特征中的許多特征與結(jié)合圖1A到4中的代表性實(shí)施例所描述的聲共振器100、200、300及400的特征是共同的。通常未重復(fù)共同特征、其特性及益處的細(xì)節(jié)以便避免模糊目前所描述的實(shí)施例。聲共振器500包含襯底101。第一電極102安置于襯底101上方。壓電層103安置于第一電極102上方且第二電極104安置于壓電層103上方。第一電極102及第二電極104包括導(dǎo)電材料且沿y方向提供振蕩電場(chǎng),y方向是壓電層103的厚度方向。在本說明性實(shí)施例中,(圖4中所描繪的坐標(biāo)系統(tǒng))的y軸線是共振器的TE(縱向)模式的軸線。聲共振器500包含上文所描述的聲反射器105。聲共振器500包含沿著互連側(cè)109的橋接器108。橋接器108提供間隙111,其可為孔隙(例如,空氣)或可填充有低聲阻抗材料。第二電極104的懸臂部分401提供于第二電極104的至少一側(cè)上。第二電極104的懸臂部分401在間隙402上方延伸,間隙402說明性地包含空氣。在一代表性實(shí)施例中,通過已知技術(shù)在第一電極102及壓電層103的一部分上方沉積犧牲層(未展示)。如上文所描述,犧牲層包含磷硅酸鹽玻璃(PSG),其說明性地包含8%的磷及92%的二氧化硅。在形成第二電極104之后,說明性地借助氫氟酸蝕刻掉犧牲層,從而留下懸臂部分401。另外,聲共振器500包含凹部301(通常稱作“凹臍”)及框架元件302(也稱作“凸臍”)。凹部301及框架元件302在第二電極104的周界處提供聲不匹配,在阻抗不連續(xù)性下改善聲波的反射,且因此減小聲共振器500中的聲損失。凹部301將聲共振器500的Q改善為接近及低于串聯(lián)共振(fs),且從而改善Qs及Rs。框架元件302在并聯(lián)阻抗(Rp)下改善阻抗。通過包括橋接器108處的凹部301及框架元件302以及懸臂部分401(如圖5中所描繪)來實(shí)現(xiàn)Qs及Qp的平衡。第一電極102及第二電極104、壓電層103及聲反射器105的重疊區(qū)(其不包括凹部301或框架元件302(即,在圖3中所描繪的實(shí)施例中在凹部301“內(nèi)部”))界定聲共振器500的作用區(qū)域114。相比之下,聲共振器500的非作用區(qū)域包含第一電極102或第二電極104或兩者與未安置于聲反射器105上方的壓電層103之間的重疊區(qū)。將聲共振器500的非作用區(qū)域的量值減小到實(shí)際的程度且移除壓電層103的由于第一電極102的終止而具有缺陷的部分對(duì)共振器的性能是有益的。這些措施產(chǎn)生減小的損失,所述損失轉(zhuǎn)化成聲共振器500的經(jīng)改善Q因數(shù)。圖6A是包含橋接器108及懸臂部分401的聲共振器(例如,聲共振器400)的S11參數(shù)的史密斯圓圖的Q圓圈及已知固態(tài)安裝塊體聲共振器的Q圓圈的圖形表示。圖6B展示包含橋接器108及懸臂部分401的聲共振器(例如,聲共振器400)及已知固態(tài)安裝塊體聲共振器的并聯(lián)共振下的阻抗Rp的曲線圖。曲線601描繪已知聲共振器的Q圓圈,且曲線602描繪一代表性實(shí)施例的聲共振器(例如,聲共振器400)??闪私猓€602的Q圓圈比已知聲共振器的Q圓圈(曲線601)更緊密地“擁抱”史密斯圓圖的外邊沿。因此,與已知聲共振器相比,橋接器108及懸臂部分401提供Q因數(shù)的顯著改善。明顯地,由于并入有框架元件302,用于改善較高Rp,“打結(jié)”603在低于fs的操作頻率下在Q圓圈中發(fā)生(有時(shí)稱作西南象限,其中Qsw指示史密斯圓圖的西南象限中的Q值)。然而,Rp存在顯著改善。然而,Rp存在顯著改善。曲線604描繪已知聲共振器的聲阻抗對(duì)頻率,且曲線605描繪一代表性實(shí)施例的聲共振器的聲阻抗。從對(duì)圖6B的檢閱可了解,一代表性實(shí)施例的聲共振器的Rp在點(diǎn)606處達(dá)到最大值,其顯著大于已知聲共振器的最大值Rp(點(diǎn)607)。應(yīng)了解,存在在設(shè)計(jì)固態(tài)安裝塊體聲共振器及包含其的濾波器時(shí)優(yōu)先考慮的性能考慮因素。本教示內(nèi)容有益地提供選擇某些組件的靈活性以滿足特定所要目的。舉例來說,所實(shí)施的代表性實(shí)施例的各種組件可經(jīng)選擇以獲得特定設(shè)計(jì)用于所要性能目標(biāo)。舉例來說,固態(tài)安裝塊體聲共振器可包括橋接器108上方的框架元件(例如,框架元件302)及懸臂部分(例如,懸臂部分401)以便獲得較高的Rp值。類似地,可實(shí)施凹部301以改善Qsw。圖7A是包含橋接器108、懸臂部分401、凹部301及框架元件302的聲共振器(例如,聲共振器500)的S11參數(shù)的史密斯圓圖的Q圓圈及已知固態(tài)安裝塊體聲共振器的Q圓圈的圖形表示。圖7B展示包含橋接器108、懸臂部分401、凹部301及框架元件302的聲共振器(例如,聲共振器500)及已知固態(tài)安裝塊體聲共振器的并聯(lián)共振下的阻抗Rp的曲線圖。曲線701描繪已知聲共振器的Q圓圈,且曲線702描繪一代表性實(shí)施例的聲共振器(例如,聲共振器500)??闪私?,曲線702的Q圓圈比已知聲共振器的Q圓圈(曲線701)更緊密地“擁抱”史密斯圓圖的外邊沿。因此,與已知聲共振器相比,橋接器108、懸臂部分401、凹部301及框架元件302的組合提供Q因數(shù)的顯著改善。此外,橋接器108、懸臂部分401、凹部301及框架元件302使低于fs的操作頻率下的“打結(jié)”(圖7A的打結(jié)703遠(yuǎn)沒有打結(jié)603明顯)“經(jīng)平滑”。另外,存在通過代表性實(shí)施例的聲共振器中的橋接器108、懸臂部分401、凹部301及框架元件302的組合實(shí)現(xiàn)的Rp的顯著改善。翻到圖7B,曲線704描繪已知聲共振器的聲阻抗對(duì)頻率,且曲線705描繪一代表性實(shí)施例的聲共振器的聲阻抗對(duì)頻率。從對(duì)圖7B的檢閱可了解,一代表性實(shí)施例的聲共振器的Rp(點(diǎn)706)顯著大于已知聲共振器的Rp(點(diǎn)707)。因此,與已知固態(tài)安裝至聲共振器相比,聲共振器500提供Qsw及Rp兩者的改善。根據(jù)代表性實(shí)施例,描述用于各種應(yīng)用的聲共振器,例如,用于電濾波器中。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員了解,存在根據(jù)本教示內(nèi)容的許多變化形式且其仍在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。在審閱本文的說明書、圖式及權(quán)利要求書之后所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將更明確這些及其它變化形式。因此本發(fā)明僅限于所附權(quán)利要求書的精神及范圍內(nèi)。
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