[发明专利]体声波装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种体声波(bulk acoustic wave)装置，例如一种体声 波滤波器。

背景技术

由于它们的高共振频率和它们的高质量，体声波谐振器已被广泛地使 用，特别是在移动无线电通讯中。一种最简单实现的体声波谐振器包括 设置在两个金属电极之间的一压电材料薄膜层。通用的压电材料例如是 氮化铝(AlN)或者氧化锌(ZnO)。图3示出了一种具有静态电容C的示 例性体声波谐振器30，其包括一压电材料层，下面将被称为压电层32， 并位于第一电极或者顶部电极T和第二电极或者底部电极B之间。顶部 电极和底部电极的名称仅仅用于定义目的，并不代表对体声波谐振器的 空间排列和定位的任何限制。更确切地说，正如下文的解释，顶部电极 和底部电极的名称用来定义这些电极相对于压电材料极化的位置，这样 就可以从指示T和B电极的等效电路图中导出各个体声波谐振器的极化。

如果在体声波谐振器30的第一电极T和第二电极B之间施加电场， 那么相互的或者相反的压电效应将导致体声波谐振器30机械地延伸或者 收缩，如上所述，延伸或者收缩的情况取决于压电材料的极化。这意味 着如果电场被反向施加在T和B电极之间，那么将得到相反的情况。在 交变场的情况下，在压电层32中产生声波，并基于体声波谐振器的实施 情况，例如，该波将平行于电场作为纵波，或者作为横波横向于电场传 播，例如在压电层32的界面处将被反射。只要压电层32的厚度d等于 声波的波长λ的一半的整数倍，就会发生共振态和/或共鸣振动。然后共 振基频即最小的共振频率f_res将与压电层32的厚度d成反比。这意味着 体声波谐振器以外部指定的频率振动。

压电特性和由此的体声波谐振器的共振特性取决于各种因素，举例来 说，取决于压电材料、生产方法、制造过程中施加在体声波谐振器上的 极化、和晶片的尺寸。如上所述，特别是共振频率基于压电层的厚度d。

如上所述，体声波谐振器呈现电极化。体声波谐振器的机械变形，伸 出(extraction)或者收缩的方向取决于施加到第一电极T和第二电极B 之间的电场的方向以及体声波谐振器30的极化方向。例如，如果体声波 谐振器的极化和电场的方向指向同一方向，那么体声波谐振器30收缩， 反之，当体声波谐振器30的极化和电场的方向指向相反的方向时，体声 波谐振器30延伸。

在已知的体声波谐振器各种结构中，典型地，所谓的FBAR(薄膜式 体声音共鸣器)和SMR(固态安装的谐振器)之间的差别。此外，不仅具 有一个压电层32的体声波谐振器的技术是已知的，而且具有多个压电层 的体声波谐振器的技术也是已知的。

体声波谐振器被滤波器使用，例如，图4示出了梯形结构中所允许的 体声波滤波器的电路图，其包括电接地42，信号输入端44，信号输出端 46，第一串联谐振器48，第二串联谐振器50，第三串联谐振器52，第一 并联谐振器54，第二并联谐振器56，第三并联谐振器58和第四并联谐 振器60，串联谐振器48、50、52串接在信号输入端44和信号输出端46 之间，并且第一并联谐振器54并行地连接在信号输入端44和电接地42 之间，第二并联谐振器连接在第一串联谐振器48和第二串联谐振器50 之间的连接点和电接地42之间，第三并联谐振器58连接在第二串联谐 振器50和第三串联谐振器52之间的连接点和电接地之间，以及第四并 联谐振器60并行地连接在信号输出端46和电接地42之间。每个串联和 并联谐振器都包括顶部电极T和底部电极B，这在图4的等效电路图中示 出，以便示出体声波谐振器的极化。

例如滤波器电路的问题是体声波谐振器的热应力。但是，这个问题可 以通过例如体声波设备广泛使用的体声波谐振器“级联”方法解决。在 下面，级联的意思是一连串或串联连接的开关元件。呈现静态电容C的 体声波谐振器被两个级联的体声波谐振器所代替，每一个谐振器都呈现 静态电容2C，这样总电容还是C。原则上，这样的级联的体声波谐振器 具有与相应的单个体声波谐振器相同的阻抗特性。如上所述，级联的主 要动机是体声波谐振器的热应力减少4，呈现静态电容2C的一对级联的 体声波谐振器比呈现静态电容C的相应单个体声波谐振器大相差4的事 实引起热应力的减少。