一種頻率可調的薄膜體聲波諧振器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種頻率可調的薄膜體聲波諧振器，包括：襯底、底電極、調諧層、壓電層以及頂電極，底電極設置在襯底的上表面，調諧層設置在底電極的上表面，壓電層設置在調諧層的上表面，頂電極設置在壓電層的上表面，底電極和頂電極均連接有電極引出結構以在頂電極和底電極之間施加直流偏壓，調諧層的有效面積大于頂電極的有效面積且大于底電極的有效面積；壓電層內填充有導熱層。該諧振器在底電極上加入調諧層，從而在現有電路的基礎上集成一個可變電容，外加直流偏壓時壓電層產生形變，通過偏壓調整形變量從而控制可變電容的大小，在減小對FBAR品質因數影響的同時，實現對FBAR諧振頻率的控制。

【技術實現步驟摘要】
一種頻率可調的薄膜體聲波諧振器
本技術涉及薄膜體聲波諧振器
，尤其涉及一種頻率可調的薄膜體聲波諧振器。
技術介紹
微型化、集成化、高性能是無線終端對頻率器件的要求。傳統射頻頻段頻率器件的解決方案為介質濾波器和聲表面波濾波器。前者具有較好的性能，但體積太大后者雖然體積小，但存在工作頻率低、插入損耗大、功率容量低的缺點。薄膜體聲波諧振器(filmbulkacousticresonator，FBAR)技術是目前唯一有望集成的射頻濾波器技術，綜合了介質濾波器性能優越和聲表面波(surfaceacousticwave，SAW)濾波器體積小的優勢，同時克服了兩者的缺點。它具有工作頻率高、功率容量大、損耗低、體積小、溫度穩定性好以及可與射頻集成電路(radiofrequencyintegratedcircuit，RFIC)或微波單片電路(microwavemonolithicintegratedcircuit，MMIC)集成的優點。薄膜體聲波諧振器的核心結構是由電極-壓電層-電極構成的壓電振蕩堆結構，其工作原理是當施加交變的電信號于兩端電極上時，由于材料的逆壓電效應，會將電信號轉化成機械信號，機械信號以聲波的形式在薄膜內傳播，當垂直方向的聲波波長與厚度滿足一定條件時，產生駐波，此時能量的損耗最小，最終通過壓電效應將聲信號轉化成電信號進行選頻的器件。薄膜體聲波諧振器的諧振頻率直接由頂電極-壓電層-底電極構成的壓電振蕩堆厚度決定，因此FBAR的厚度必須精確控制，但在MEMS工藝實現FBAR特殊結構的加工過程中難以避免的會引入加工誤差。傳統方法是點測后，通過對頂電極厚度的再加工實現頻率的調整，效率低下且效果有限。近年來，通過在諧振器電路中加入可變電容和可變電感的電調諧方法，由于其效果顯著結構簡單受到了廣泛的關注。傳統方法中的電感以分立元件的形式加入到諧振器電路中，容易產生寄生效應并嚴重影響諧振器的品質因數。
技術實現思路
為了克服現有技術的不足，本技術的目的之一在于提供一種頻率可調的薄膜體聲波諧振器，其在底電極上加入調諧層，從而在現有電路的基礎上集成一個可變電容，外加直流偏壓時壓電層產生形變，通過偏壓調整形變量從而控制可變電容的大小，在減小對FBAR品質因數影響的同時，實現對FBAR諧振頻率的控制。本技術的目的之一采用如下技術方案實現：一種頻率可調的薄膜體聲波諧振器，包括：襯底、底電極、調諧層、壓電層以及頂電極，所述底電極設置在襯底的上表面，所述調諧層設置在所述底電極的上表面，所述壓電層設置在所述調諧層的上表面，所述頂電極設置在所述壓電層的上表面，所述底電極和所述頂電極均連接有電極引出結構以在所述頂電極和所述底電極之間施加直流偏壓，所述調諧層的有效面積大于所述頂電極的有效面積且大于所述底電極的有效面積；所述壓電層內填充有導熱層。進一步地，所述調諧層采用低聲阻抗材料。進一步地，所述調諧層采用空氣或SiO2。進一步地，所述襯底采用高阻硅、藍寶石襯底或SOI襯底。進一步地，所述頂電極和所述底電極采用金屬薄膜。進一步地，所述金屬薄膜選用鉬、鎢、金、鋁、銀、鈦或鉑薄膜。進一步地，所述壓電層采用PZT、AlN、GaN、ZnO、CdS或LiNbO3。進一步地，所述底電極和所述頂電極的形狀可以是圓形、橢圓形或者任意兩邊不平行的五邊形。相比現有技術，本技術的有益效果在于：該頻率可調的薄膜體聲波諧振器在底電極上加入調諧層，從而在現有電路的基礎上集成一個可變電容，外加直流偏壓時壓電層產生形變，通過偏壓調整形變量從而控制可變電容的大小，在減小對FBAR品質因數影響的同時，實現對FBAR諧振頻率的控制。本技術利用MEMS工藝在傳統的FBAR結構中集成了可變電容結構，避免外界LC離散元件，減少了傳統調頻方法中的裝配步驟，消除了外接LC元件和壓電振蕩堆結構互聯所產生接觸電阻。此外，本技術在空氣隙型FBAR基礎上設計，減少了對原始襯底完整性的破壞，增強了器件的機械穩定性，結構簡單，易于生產。在加工方法上與FBAR本身的制備工藝兼容，未加大器件加工的難度，控制了器件的制造成本，優化器件性能、使FBAR的應用范圍進一步提升。附圖說明圖1為本技術提供的一種頻率可調的薄膜體聲波諧振器的主視剖面圖；圖2為本技術提供的一種頻率可調的薄膜體聲波諧振器的俯視圖。圖中：101、襯底；102、底電極；103、調諧層；104、壓電層；105、頂電極；106、底電極外引結構；107、頂電極外引結構；108、導熱層。具體實施方式下面，結合附圖以及具體實施方式，對本技術做進一步描述，需要說明的是，在不相沖突的前提下，以下描述的各實施例之間或各技術特征之間可以任意組合形成新的實施例。請參閱圖1和圖2，一種頻率可調的薄膜體聲波諧振器，包括：襯底101、底電極102、調諧層103、壓電層104以及頂電極105，所述襯底101采用高阻硅、藍寶石襯底或SOI襯底，所述底電極102設置在襯底101的上表面，所述調諧層103設置在所述底電極102的上表面，所述壓電層104設置在所述調諧層103的上表面，所述頂電極105設置在所述壓電層104的上表面，所述底電極102和所述頂電極105均連接有電極引出結構以在所述頂電極105和所述底電極102之間施加直流偏壓，施加方式可為正向或反向，可根據頻率調整的要求，施加不同強度的直流偏壓；所述調諧層103的有效面積大于所述頂電極105的有效面積且大于所述底電極102的有效面積；所述壓電層內填充有導熱層108。該頻率可調的薄膜體聲波諧振器在底電極102上加入調諧層103，從而在現有電路的基礎上集成一個可變電容，外加直流偏壓時壓電層104產生形變，通過偏壓調整形變量從而控制可變電容的大小，在減小對FBAR品質因數影響的同時，實現對FBAR諧振頻率的控制。此外，調諧層103作為可調電容的中間介質，有效面積大時，調諧層由一種介質材料構成，可控性高。本技術利用MEMS工藝在傳統的FBAR結構中集成了可變電容結構，避免外界LC離散元件，減少了傳統調頻方法中的裝配步驟，消除了外接LC元件和壓電振蕩堆結構互聯所產生接觸電阻。此外，本技術在空氣隙型FBAR基礎上設計，減少了對原始襯底完整性的破壞，增強了器件的機械穩定性，結構簡單，易于生產。在加工方法上與FBAR本身的制備工藝兼容，未加大器件加工的難度，控制了器件的制造成本，優化器件性能、使FBAR的應用范圍進一步提升。此外，壓電層內部還填充有導熱層108，實現壓電層的溫度調節從而改變壓電層的力學特性，進而增強薄膜體聲波諧振器的逆壓電效應。可采用石墨烯制作導熱層，且可以設為多層。具體地，所述調諧層103通過沉積薄膜或釋放犧牲層材料的方式獲得，具體可以通過先在底電極102上沉積摻P的SiO2作為犧牲層，再在壓電層104、頂電極105和電極外引結構上進行釋放獲得。調諧層103采用低聲阻抗材料，如空氣或SiO2。特別本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種頻率可調的薄膜體聲波諧振器，其特征在于，包括：襯底、底電極、調諧層、壓電層以及頂電極，所述底電極設置在襯底的上表面，所述調諧層設置在所述底電極的上表面，所述壓電層設置在所述調諧層的上表面，所述頂電極設置在所述壓電層的上表面，所述底電極和所述頂電極均連接有電極引出結構以在所述頂電極和所述底電極之間施加直流偏壓，所述調諧層的有效面積大于所述頂電極的有效面積且大于所述底電極的有效面積；所述壓電層內填充有導熱層。/n

【技術特征摘要】
1.一種頻率可調的薄膜體聲波諧振器，其特征在于，包括：襯底、底電極、調諧層、壓電層以及頂電極，所述底電極設置在襯底的上表面，所述調諧層設置在所述底電極的上表面，所述壓電層設置在所述調諧層的上表面，所述頂電極設置在所述壓電層的上表面，所述底電極和所述頂電極均連接有電極引出結構以在所述頂電極和所述底電極之間施加直流偏壓，所述調諧層的有效面積大于所述頂電極的有效面積且大于所述底電極的有效面積；所述壓電層內填充有導熱層。


2.如權利要求1所述的頻率可調的薄膜體聲波諧振器，其特征在于，所述調諧層采用低聲阻抗材料。


3.如權利要求2所述的頻率可調的薄膜體聲波諧振器，其特征在于，所述調諧層采用空氣或SiO2。


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【專利技術屬性】
技術研發人員：李國強，
申請(專利權)人：廣州市艾佛光通科技有限公司，
類型：新型
國別省市：廣東;44