[发明专利]一种二维模态兰姆波谐振结构、包含其的兰姆波谐振器及其制备方法

说明书

本申请公开了一种二维模态兰姆波谐振结构、包含其的兰姆波谐振器及其制备方法，该二维模态兰姆波谐振结构包括压电振动层，位于压电振动层上表面的梳齿电极，及位于压电振动层下表面的底部金属电极；所述压电振动层的两个横向边界均超出底部金属电极的两个横向边界，压电振动层每侧的横向边界超出该侧的底部金属电极的横向边界的距离用外延边界距离d表示，d为2‑2.1倍的电极周期间距p。本申请提供的二维模态兰姆波谐振结构以及包含其的兰姆波谐振器，通过优化设计压电振动层的两个横向边界超出底部金属电极的两个横向边界的距离，有效解耦了主模外其余的兰姆波振动模态，因此有效的抑制杂散模态，提升了谐振器性能。

技术领域

本申请属于射频通信及微机电系统中的元器件技术领域，特别涉及一种二维模态兰姆波谐振结构、包含其的兰姆波谐振器及其制备方法。

背景技术

基于氮化铝的声学谐振器一直在射频前端发挥着重要作用。氮化铝薄膜体声波谐振器(FBAR)已广泛用于射频前端形成滤波器，它是基于d₃₃压电系数工作的。尽管它具有高的耦合效率，但其频率主要受压电薄膜厚度影响，很难在同一衬底上集成多频率器件。而传统的兰姆波谐振器只利用了d₃₁的压电系数，产生横向的形变，无法达到较高的耦合效率。近些年来提出二维模态兰姆波谐振器，它可以实现水平垂直两个不同方向压电系数的激励，d₃₃压电系数在纵向方向通过机械位移产生电荷，d₃₁压电系数在横向方向通过机械位移产生电荷，这两个压电系数激励相结合，能够提高耦合效率。同时这种二维模态兰姆波谐振器可以实现超高频的工作频率，因此成为当前研究的热点。

声波在谐振器中的传播时，存在反射边界损耗等问题，因此，二维模态兰姆波谐振器在实际应用过程中需要考虑产生的杂散模态。杂散模态的存在是影响谐振器性能的重要因素之一。通常，声波在谐振器中传播，特定的边界条件可能会产生特定的谐振模态。我们把希望利用的振动模态称为主模，把其他干扰的模态称为杂散模态。主模附近的杂散模态会对主模造成严重的干扰，尤其会影响谐振器的频谱纯度并降低主模的品质因数(Q)。因此，如何优化器件结构以抑制谐振器的杂散模态，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种二维模态兰姆波谐振结构、包含其的兰姆波谐振器，通过优化器件结构以抑制谐振器的杂散模态。进一步地，本申请还提供了二维模态兰姆波谐振器的制备方法。

本申请第一方面提供了一种二维模态兰姆波谐振结构，包括：

压电振动层，

位于压电振动层上表面的梳齿电极，及

位于压电振动层下表面的底部金属电极；

所述压电振动层的两个横向边界均超出底部金属电极的两个横向边界，且外延边界距离d为2-2.1倍的电极周期间距p，其中外延边界距离d表示压电振动层每侧的横向边界超出该侧的底部金属电极的横向边界的距离。

在本申请第一方面的一些实施方式中，所述压电振动层两侧的外延边界距离d相同。

在本申请第一方面的一些实施方式中，所述外延边界距离d均为2倍的电极周期间距p。

在本申请第一方面的一些实施方式中，所述压电振动层的横向边界倾角为90°。

在本申请第一方面的一些实施方式中，所述压电振动层纵向的两边界分别突出于所述底部金属电极的纵向两边界。

在本申请第一方面的一些实施方式中，所述压电振动层纵向的两边界分别突出于所述底部金属电极的纵向两边界2μm。

在本申请第一方面的一些实施方式中，所述梳齿电极的材质为金属铝，其中，梳齿电极的宽度w为2μm，电极周期间距p为4μm，电极个数为20。

在本申请第一方面的一些实施方式中，所述压电振动层为氮化铝薄膜，厚度为1μm。