[发明专利]复合扩张模式谐振器

说明书

优先权数据

本发明主张Zuo等人于2012年10月22上申请的标题为“复合扩张模式谐振器(COMPOSITE DILATION MODE RESONATORS)”的第13/657,653号共同未决美国专利申请案(代理人案号121365/QUALP158)的优先权，所述申请案特此以全文引用的方式并入且出于所有目的。

技术领域

本发明大体上涉及机电声学装置，且更具体来说，涉及包含复合转换层的声学谐振器。

背景技术

机电系统(EMS)包含具有电气及机械元件、例如致动器及传感器等换能器、光学组件(包含镜面)及电子装置的装置。可按包含(但不限于)微尺度及纳米尺度的多种尺度制造EMS。举例来说，微机电系统(MEMS)装置可包含大小在约一微米到数百微米或更大的范围内的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含大小小于一微米(包含(例如)小于数百纳米的大小)的结构。可使用沉积、蚀刻、光刻或蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的部分或添加层以形成电气、机械及机电装置的其它微机械加工过程来创造机电元件。

在包含频率控制应用的多种应用中利用弹性(或声)波装置。举例来说，可在发射器、接收器、收发器、滤波器、时钟振荡器、延迟线、延迟线振荡器以及其它实例应用中利用声波装置。在一些实施方案中，声波装置为具有一或多个谐振频率的声波谐振装置或“谐振器”。在此些声波装置(也被称作机电声波装置)的许多实施方案中，将电能转换为机械能(例如，振动或弹性波)，且反之亦然。

声波谐振器及其它声波装置在滤波应用中也是典型的。举例来说，在由例如消费者移动手持机等无线装置使用的无线电架构中利用频率带通滤波器。现代手持机可跨越多个通信标准及多个频带而操作。这些需求使将多个离散滤波器集成于此些手持机或其它无线装置的射频前端模块(RF-FEM)内成为必要。为了满足必要的性能规范，已从例如表面声波(SAW)装置、膜体声波谐振器(FBAR)及体声波(BAW)谐振器等机电装置“构建块”合成这些滤波器。传统的SAW、FBAR及BAW装置为本身离散的装置。随着所利用的带的数目的增加，将增加数目的所要离散滤波器组件及其它组件集成到单个系统级封装(SiP)中变为在模块成本及大小以及系统设计及供应链管理复杂性方面逐渐有问题的尝试。

已提出概念解决方案的其它实例以实现更高水平的多频集成，其包含：具有实质上由经微影界定的平面内尺寸确定的操作频率的轮廓模式谐振器(CMR)；涉及阴影掩蔽或埋式蚀刻终止层的多结构层FBAR实施方案；及顶上有经微影界定的“调谐图案”的类FBAR结构。

发明内容

本发明的系统、方法及装置各自具有若干创新方面，其中没有单个方面单独负责本文所揭示的合乎需要的属性。

本发明中所描述的标的物的一个创新方面可实施于谐振器结构中，所述谐振器结构包含：包含一或多个第一电极的第一导电层、包含一或多个第二电极的第二导电层及布置于第一导电层与第二导电层之间的转换层。转换层具有沿着z轴的厚度、沿着x轴的宽度及沿着y轴的长度。转换层包含多个构成层。在一些实施方案中，多个构成层包含各自由具有压电系数的第一集合及硬度系数的第一集合的第一压电材料形成的一或多个第一压电层的第一集合。在一些实施方案中，多个构成层进一步包含各自由具有压电系数的第二集合及硬度系数的第二集合的第二压电材料形成的一或多个第二压电层的第二集合。在一些实施方案中，转换层经配置以响应于被提供到第一电极及第二电极中的一或多者中的每一者的一或多个信号提供具有沿着z轴的位移分量的转换层的至少第一振动模式及具有沿着x轴及y轴的平面的位移分量的转换层的至少第二振动模式。

在一些实施方案中，构成层可包含相对于沿着y及z轴的转换层的中平面对称地布置的三个或三个以上构成层。在一些此类实施方案中，构成层可从中平面沿着x轴周期性地交替。在一些实施方案中，构成层可布置成“ABA”图案、“ABABA”图案或“ABABABA”图案，其中“A”表示来自第一集合的第一压电层，且“B”表示来自第二集合的第二压电层。在一些实施方案中，构成层可包含各自由具有硬度系数的第三集合的第三材料形成的一或多个层的第三集合。在一些实施方案中，构成层可包含在构成层中的邻近者之间的一或多个间隙或空隙。在各种实施方案中，构成层中的每一者可具有沿着z轴实质上相同的高度及沿着y轴实质上相同的长度。在此些实施方案中，构成层中的每一者的上表面可与构成层中的其它者的上表面实质上水平对准。