專利名稱：膜體聲波諧振器、濾波器、雙工器和模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的某一方面涉及膜體聲波諧振器、濾波器、雙工器和模塊，具體地涉及具有位于諧振區(qū)域的邊緣處的厚隔膜區(qū)域的膜體聲波諧振器、濾波器、雙工器和模塊。
背景技術(shù)：
因?yàn)橹T如移動(dòng)電話之類的無線通信設(shè)備的快速普及，對于高頻濾波器的需求快速地增長。具體而言，需要具有小的尺寸和高的陸變度(precipitousness)的聲波濾波器。聲波濾波器具有聲波諧振器。例如，在高于2GHz頻帶的高頻帶中，作為具有小尺寸和低損耗的諧振器，膜體聲波諧振器被關(guān)注。膜體聲波諧振器具有下部電極、上部電極以及位于下部電極和上部電極之間的壓電隔膜。下部電極和上部電極隔著壓電隔膜彼此面對的區(qū)域是對諧振有貢獻(xiàn)的諧振區(qū)域。在諧振隔膜的厚度方向上傳播的聲波主要對諧振特性有貢獻(xiàn)。當(dāng)在厚度方向上傳播的聲波在橫向上傳播時(shí)可能出現(xiàn)雜波。 日本專利申請?zhí)亻_No. 2006-109472 (此后稱為文件I)公開了一種技術(shù)，其中通過在諧振區(qū)域的邊緣處設(shè)置作為上部電極的一部分且比諧振區(qū)域的中央部分薄的薄隔膜，橫向上聲波的傳播被限制且雜波被限制。日本專利申請?zhí)亻_No. 2007-6501(此后稱為文件2)和 Proceeding of IEEE international ultrasonic symposium 2006，pp456_459 (此后稱為文件3)公開了一種技術(shù)，其中通過在薄隔膜區(qū)域的外部設(shè)置作為上部電極的一部分且比諧振區(qū)域的中央部分厚的厚隔膜區(qū)域，橫向上的聲波的傳播被更多地限制且雜波被更多地限制。然而，使用文件I的方法，損耗可能增大。使用文件2和文件3的方法，當(dāng)上部電極具有3個(gè)不同厚度時(shí)，制造成本可能增大。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種膜體聲波諧振器，所述膜體聲波諧振器包括基板；設(shè)置在所述基板上的下部電極；設(shè)置在所述下部電極上的壓電隔膜；以及設(shè)置在所述壓電隔膜上的上部電極，其中所述下部電極和所述上部電極中的至少一個(gè)具有位于諧振區(qū)域的邊緣處的具有比所述諧振區(qū)域的中央部分的厚度更厚的厚度的厚隔膜區(qū)域，所述諧振區(qū)域是所述下部電極和所述上部電極隔著所述壓電隔膜彼此面對的區(qū)域；并且所述厚隔膜區(qū)域的寬度小于在與所述壓電隔膜的厚度方向相交叉的方向上傳播的聲波的波長。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了另一種膜體聲波諧振器，所述膜體聲波諧振器包括基板；下部電極；設(shè)置在所述下部電極上的壓電隔膜；以及設(shè)置在所述壓電隔膜上的上部電極；其中所述下部電極和所述上部電極中的至少一個(gè)具有位于諧振區(qū)域的邊緣處的具有比所述諧振區(qū)域的中央部分的厚度更厚的厚度的厚隔膜區(qū)域，所述諧振區(qū)域是所述下部電極和所述上部電極隔著所述壓電隔膜彼此面對的區(qū)域；并且當(dāng)所述膜體聲波諧振器的諧振頻率是“fr”、所述壓電隔膜的硬度是“ell”且所述壓電隔膜的密度是“ P ”時(shí)，所述厚隔膜區(qū)域的寬度由以下公式表示Irjj
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AV P根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種包括上述膜體聲波諧振器中的一個(gè)的濾波器。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了另一種濾波器，所述濾波器包括并聯(lián)地耦合在輸入端子和輸出端子之間的一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)諧振器；以及用作串聯(lián)諧振器且串聯(lián)地耦合在輸入端子和輸出端子之間的一個(gè)或多個(gè)膜體聲波諧振器。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種包括上述濾波器的雙工器。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種包括上述膜體聲波諧振器中的一個(gè)的模塊。


圖IA例示串聯(lián)諧振器的配置圖；圖IB例示并聯(lián)諧振器的配置圖；圖IC例示串聯(lián)諧振器和并聯(lián)諧振器的通過特性；圖2A例示單梯型濾波器的配置圖；圖2B例示單梯型濾波器的通過特性；圖3A例示膜體聲波諧振器的頂視圖；圖3B例示沿著圖3A中的A-A線截取的剖面圖；圖4A至圖4C例示另一個(gè)膜體聲波諧振器的剖面圖；圖5A例示厚度縱向振動(dòng)的頻散曲線的示意圖；圖5B例示實(shí)現(xiàn)圖5A的頻散曲線的諧振器的通過特性的史密斯圓圖的示意圖；圖6例示梯型濾波器的通過特性的示意圖；圖7例示頻率-傳播系數(shù)關(guān)系的示意圖；圖8A至圖81例示每個(gè)駐波的示意圖；圖9A例示根據(jù)第一對比例的諧振器的諧振區(qū)域的邊緣附近的示意性剖面圖；圖9B例示壓電隔膜的位移的示意圖；圖IOA例示根據(jù)第二對比例的諧振器的諧振區(qū)域的邊緣附近的示意性剖面圖；圖IOB例示壓電隔膜的位移；圖IlA和圖IlB例示第二對比例的諧振區(qū)域的中央部分和薄隔膜區(qū)域中的頻散曲線.圖12A例示根據(jù)第三對比例的諧振器的諧振區(qū)域的邊緣附近的示意性剖面圖；圖12B例示壓電隔膜的位移的示意圖；圖13A至圖13C例示第三對比例的諧振區(qū)域的中央部分、薄隔膜區(qū)域和厚隔膜區(qū)域的頻散曲線；圖14A例示根據(jù)第四對比例的諧振器的諧振區(qū)域的邊緣附近的示意性剖面圖；圖14B例示壓電隔膜的位移的示意圖；圖15A和圖15B例示第四對比例的諧振區(qū)域的中央部分和厚隔膜區(qū)域的頻散曲線.
圖16例示AIN的頻散曲線的計(jì)算結(jié)果；圖17 例不用于第一實(shí)施方式中的模擬的結(jié)構(gòu)；圖18A至圖18D例示第一實(shí)施方式的模擬結(jié)果；圖19例示用于第三對比例中的模擬的配置圖；圖20A至圖20D例示第一實(shí)施方式和第三對比例的模擬結(jié)果；圖21例示基準(zhǔn)諧振器和第一實(shí)施方式和第三對比例的諧振器的通過特性的史密斯圓圖；圖22A和圖22B例示根據(jù)第二實(shí)施方式的膜體聲波諧振器的剖面圖；圖23例示根據(jù)第三實(shí)施方式的梯型濾波器的電路圖；圖24例示根據(jù)第四實(shí)施方式的雙工器的電路圖；圖25例示根據(jù)第五實(shí)施方式的通信模塊的框圖；以及圖26例示根據(jù)第六實(shí)施方式的振蕩模塊的框圖。
具體實(shí)施例方式首先，將參考梯型濾波器給出雜波的描述。圖IA例示串聯(lián)諧振器的配置圖。圖IB例示并聯(lián)諧振器的配置圖。圖IC例示串聯(lián)諧振器和并聯(lián)諧振器的通過特性。如圖IA所例示，串聯(lián)諧振器S具有一對信號端子。這一對信號端子中的一個(gè)是輸入端子Tin。另一個(gè)是輸出端子Tout。如圖IB所示，并聯(lián)諧振器P具有一對信號端子。這一對信號端子中的一個(gè)耦合到接地端子。另一個(gè)耦合到將輸入端子Tin和輸出端子Tout耦合的線路。圖IC的橫軸指示頻率。圖IC的縱軸指示通過量。實(shí)線S指示串聯(lián)諧振器S的通過特性。點(diǎn)線P指示并聯(lián)諧振器P的通過特性。如圖IC所例示，串聯(lián)諧振器S的通過特性具有諧振點(diǎn)f;s (諧振頻率)和反諧振點(diǎn)fas (反諧振頻率)。在諧振點(diǎn)匕處，通過量最大。在反諧振點(diǎn)4,處，通過量最小。在另一個(gè)方面，并聯(lián)諧振器P的通過特性具有諧振點(diǎn)&和反諧振點(diǎn)fap。在諧振點(diǎn)f;p處，通過量最小。在反諧振點(diǎn)fap處，通過量最大。圖2A例示單梯型濾波器的配置圖。圖2B例示單梯型濾波器的通過特性。如圖2A所例示，串聯(lián)濾波器S串聯(lián)地耦合到輸入端子Tin和輸出端子Tout。并聯(lián)諧振器P耦合在輸出端子Tout和地之間。例如，該單梯型濾波器被設(shè)計(jì)為使串聯(lián)諧振器S的諧振點(diǎn)大致對應(yīng)于并聯(lián)諧振器P的反諧振點(diǎn)fap。圖2B的橫軸指示頻率。圖2B的縱軸指示通過量。對于圖2A的結(jié)構(gòu)，串聯(lián)諧振器S的通過特性和并聯(lián)諧振器P的通過特性組合成圖2B的通過特性。在串聯(lián)諧振器S的諧振點(diǎn)和并聯(lián)諧振器P的反諧振點(diǎn)fap附近，通過量最大。另一方面，在串聯(lián)諧振器S的反諧振點(diǎn)fas和并聯(lián)諧振器P的諧振點(diǎn)f；p附近，通過量最小。并聯(lián)諧振器P的諧振點(diǎn)f；p和串聯(lián)諧振器S的反諧振點(diǎn)fas之間的頻帶是通帶。小于并聯(lián)諧振器P的諧振點(diǎn)f；p的頻帶和大于串聯(lián)諧振器S的反諧振點(diǎn)fas的另一頻帶是衰減帶。因而，梯型濾波器用作帶通濾波器。接下來，給出作為諧振器的膜體聲波諧振器的描述。圖3A例示膜體聲波諧振器的頂視圖。圖3B例示沿圖3A中的A-A線截取的剖面圖。如圖3A和圖3B所示，在基板10上設(shè)置有下部電極12。在該下部電極12上設(shè)置有壓電隔膜14。在該壓電隔膜14上設(shè)置有上部電極16。諧振區(qū)域20是下部電極12隔著壓電隔膜14面對上部電極16的區(qū)域?；?0具有位于諧振區(qū)域20下方的空隙18。圖4A至圖4C例示另一個(gè)膜體聲波諧振器的剖面圖。在圖4A中，在基板10的上面中形成有凹陷。在基板10和下部電極12之間形成有空隙18。在圖4B中，基板10的上面是平坦的。下部電極12形成為使得在下部電極12和基板10之間形成有空隙18。在圖4C中，在基板10和下部電極12之間設(shè)置有用于反射聲波的聲反射隔膜19，來代替空隙18?？梢允褂靡韵碌母裟ぷ鳛槁暦瓷涓裟?9，其中具有高聲學(xué)阻抗且具有聲波的波長的厚度的隔膜和具有低聲學(xué)阻抗且具有該波長的厚度的隔膜被交替地層疊。如圖3A至圖4C所例示，膜體聲波諧振器是由薄隔膜制成的脆弱器件且設(shè)置在基板10上，從而不會因?yàn)樘幚矶鴵p壞。然而，優(yōu)選地，基板10從諧振區(qū)域20聲學(xué)絕緣以實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的諧振特性。因此，優(yōu)選地，空隙18或聲反射隔膜19包括諧振區(qū)域20。空隙18或聲反射隔膜19可以被設(shè)置在部分地包括諧振區(qū)域20的區(qū)域中。當(dāng)在下部電極12和上部電極16之間施加高頻波信號時(shí)，膜體聲波諧振器通過使 用在壓電隔膜14中激勵(lì)的厚度縱向振動(dòng)的體波來實(shí)現(xiàn)諧振特性。膜體聲波諧振器使用厚度縱向振動(dòng)的體波的振動(dòng)能量在壓電隔膜14的厚度方向上的傳播。然而，存在振動(dòng)能量在與壓電隔膜14的厚度方向相交叉的方向(例如，垂直于厚度方向的方向(諸如壓電隔膜14的平面方向))上的傳播。在與壓電隔膜14的厚度方向相交叉的方向上傳播的振動(dòng)能量與在厚度方向上的振動(dòng)能量的傳播的主振動(dòng)交疊且被視為雜波。圖5A例示厚度縱向振動(dòng)的頻散曲線的示意圖。在圖5A中，橫軸指示在壓電隔膜14的平面方向上的傳播系數(shù)(波數(shù))?？v軸指示頻率?？v軸的右側(cè)指示傳播系數(shù)的實(shí)數(shù)。在右側(cè)的頻率范圍中，存在在壓電隔膜14的平面方向上的能量傳播?？v軸的左側(cè)指示傳播系數(shù)的虛數(shù)。在左側(cè)的頻率范圍中，不存在在壓電隔膜14的平面方向上的能量傳播。S卩，聲波不在壓電隔膜14的平面方向上傳播。頻散曲線與頻率軸相交叉的點(diǎn)是截止頻率。在圖5A中，在高于截止頻率的頻率，聲波不在壓電隔膜14的平面方向上傳播。另一方面，在低于截止頻率的頻率，聲波在壓電隔膜14的平面方向上傳播。一般而言，截止頻率大致對應(yīng)于諧振器的諧振頻率。如圖5A所例示，對于具有0. 3或更小的泊松比的物質(zhì)，在低于截止頻率的頻率處頻散曲線指示實(shí)數(shù)。例如，以(002)方向陣列的氮化鋁是具有0. 3或更小的泊松比的物質(zhì)的示例。圖5B例示實(shí)現(xiàn)圖5A的頻散曲線的諧振器的通過特性的史密斯圓圖的示意圖。如圖5B所例示，在低于諧振點(diǎn)的頻率處產(chǎn)生雜波。因而，對于實(shí)現(xiàn)圖5的頻散曲線的諧振器，在低于諧振頻率的頻率處，壓電隔膜14的平面方向上的傳播系數(shù)指示實(shí)數(shù)。因此，聲波在壓電隔膜14的平面方向上傳播，且產(chǎn)生雜波。另一方面，在高于諧振頻率的頻率處，壓電隔膜14的平面方向上的傳播系數(shù)指示虛數(shù)。因此，聲波不在壓電隔膜14的平面方向上傳播，且不產(chǎn)生雜波。圖6例示梯型濾波器的通過特性的示意圖。梯型濾波器包括實(shí)現(xiàn)圖5B的通過特性的諧振器。圖6的點(diǎn)線指示不考慮圖5B的雜波的影響的情況下的梯型濾波器的通過特性。圖6的實(shí)線指示考慮圖5B的雜波的影響的情況下的梯型濾波器的通過特性。如圖6所例示，如果考慮雜波，在通帶中產(chǎn)生多個(gè)紋波。因?yàn)橹C振器的每個(gè)雜波交疊，所以產(chǎn)生紋波。諧振器的雜波劣化了濾波器的插入損耗且在通帶中產(chǎn)生紋波。因此，需要限制諧振器的雜波。
給出活塞模式的描述以描述雜波的限制。圖7例示頻率-傳播系數(shù)關(guān)系的示意圖。圖8A至圖81例示每個(gè)駐波的示意圖。如圖8A所例示，描述了作為具有長度“d”的激勵(lì)區(qū)域的、邊緣不被支承的壓電板24。在壓電板24中，產(chǎn)生從零階到高階的駐波。零階駐波到七階駐波的頻率被稱為“《0”至“《7”。圖SB至圖81的粗實(shí)線指示零階至七階駐波。在圖7中，零階駐波對應(yīng)于傳播系數(shù)是零的聲波。即，“《0”大致等于諧振頻率。一階駐波至六階駐波對應(yīng)于傳播系數(shù)是2 /(d/1)至2 /(d/6)的聲波。如圖8B至圖81所示，在活塞模式中，壓電板24的邊緣不被支承。因此，在邊緣處，聲波的位移指示最大值。該位移模式被稱為活塞模式。在活塞模式中，當(dāng)位移量被在壓電板24的長度方向上積分時(shí)，除零階駐波以外的其它駐波是零。這是因?yàn)閷τ诔汶A駐波以外的其它駐波，壓電板24的表面上的電荷的總量是零。因此，不會電學(xué)地輸出除諧振響應(yīng)以外的其它響應(yīng)，且不產(chǎn)生雜波。對于零階駐波，傳播系數(shù)是零。并且在壓電板24的平面方向上沒有傳播。因此，不產(chǎn)生雜波。如上所述，在活塞模式中不產(chǎn)生雜波。然而，在實(shí)際的諧振器中，諧振區(qū)域20被基 板10支承。因此，壓電板的邊緣并不是完全自由的。參考第一對比例，給出其中產(chǎn)生雜波的模型的描述。圖9A例示根據(jù)第一對比例的諧振器的諧振區(qū)域的邊緣附近的示意性剖面圖。圖9B例示壓電隔膜的位移的示意圖。圖9A例示根據(jù)第一對比例在隔膜區(qū)域20的邊緣附近的基板10、下部電極12、壓電隔膜14、上部電極16以及空隙18的示意圖。圖9B例示在圖9A的壓電隔膜14的平面方向上壓電隔膜14相對于位置X的位移。虛線指示理想情況。理想地，在諧振區(qū)域20的邊緣，壓電隔膜14的位移突變到零。然而，壓電隔膜14的實(shí)際位移如實(shí)線所指示相對于位置X平滑地波動(dòng)。這是因?yàn)?，由于壓電隔?4的邊緣并不完全自由，被基板10支承的區(qū)域的壓電隔膜14進(jìn)行簡單的阻尼振動(dòng)。在諧振區(qū)域20中，因?yàn)橹C振區(qū)域20經(jīng)受振動(dòng)的干擾，活塞模式失真。在這種情況下，諧振區(qū)域的平面方向上的電荷的總量在除零階駐波以外的其它駐波中具有有限值。因此，雜波響應(yīng)被電學(xué)地輸出。接下來，給出第二對比例的描述。第二對比例對應(yīng)于文件I。圖IOA例示根據(jù)第二對比例的諧振器的諧振區(qū)域的邊緣附近的示意性剖面圖。圖IOB例示壓電隔膜的位移。如圖IOA所示，在諧振區(qū)域20的邊緣設(shè)置有薄隔膜區(qū)域30。在薄隔膜區(qū)域30中，上部電極16的厚度小。其它結(jié)構(gòu)與圖9A的結(jié)構(gòu)相同。因此，省略其描述。圖IlA和圖IlB例示第二對比例的諧振區(qū)域的中央部分和薄隔膜區(qū)域中的頻散曲線。如圖IlA所示，諧振區(qū)域20的諧振頻率fr大致是諧振區(qū)域20的中央部分的截止頻率f0o頻率區(qū)域40是低于截止頻率f0的頻率處的區(qū)域，其中產(chǎn)生雜波。如圖IlB所示，在薄隔膜區(qū)域30中，上部電極16薄。因此，截止頻率f0向高頻側(cè)偏移。因而，與諧振區(qū)域20的中央部分中的聲波相同頻率的聲波的波數(shù)變得更大。因此，如圖IOB所例示，相對于實(shí)際位置X的位移變得更接近理想位移。因此，與第一對比例相比，在第二對比例中，雜波被限制。接下來，給出第三對比例的描述。第三對比例對應(yīng)于文件2和文件3。圖12A例示根據(jù)第三對比例的諧振器的諧振區(qū)域的邊緣附近的示意性剖面圖。圖12B例示壓電隔膜14的位移的示意圖。如圖12A所例示，與圖IOA不同，在薄隔膜區(qū)域30的外部設(shè)置有厚隔膜區(qū)域32。在厚隔膜區(qū)域32中，上部電極16的厚度大于諧振區(qū)域20的中央部分的厚度。其它結(jié)構(gòu)如圖IOA相同。因此，省略其解釋。圖13A至圖13C例示第三對比例的諧振區(qū)域的中央部分、薄隔膜區(qū)域和厚隔膜區(qū)域的頻散曲線。圖13A和圖13B的頻散曲線與圖IlA和圖IlB的頻散曲線相同。因此，如圖12B所例示，相對于位置X的位移大致與圖IOB的位移相同。如圖13C所例示，在厚隔膜區(qū)域32中，上部電極16厚。因此，截止頻率f0向低頻側(cè)移動(dòng)。因而，在厚隔膜區(qū)域32中，在諧振區(qū)域20的諧振頻率fr處，聲波的頻散系數(shù)是虛數(shù)。因此，不建立傳播。因而，在厚隔膜區(qū)域32中可以衰減在壓電隔膜14的平面方向上傳播的聲波。因此，可以限制雜波。然而，在第二和第三對比例中，如圖IlB和13B所例示，在薄隔膜區(qū)域30中，相對于諧振區(qū)域20的諧振頻率fr，截止頻率f0向高頻側(cè)偏移。在這種情況中，在比諧振區(qū)域20的諧振頻率fr更高的頻率處，傳播系數(shù)是理想數(shù)。因此，對諧振沒有貢獻(xiàn)的聲波未被衰減。因此，發(fā)生損耗。接下來，給出第四對比例的描述。圖14A例示根據(jù)第四對比例的諧振器的諧振區(qū) 域的邊緣附近的示意性剖面圖。圖14B例示壓電隔膜14的位移的示意圖。如圖14A所例示，在諧振區(qū)域20的邊緣設(shè)置有厚隔膜區(qū)域32。在厚隔膜區(qū)域32中，上部電極16的厚度大于諧振區(qū)域20的中央部分的厚度。其它結(jié)構(gòu)與圖9A相同。因此，省略其解釋。圖15A和圖15B例示第四對比例的諧振區(qū)域的中央部分和厚隔膜區(qū)域的頻散曲線。圖15A和圖15B的頻散曲線與圖13A和圖13B的頻散曲線相同。如圖15B所示，在厚隔膜區(qū)域32中，在諧振區(qū)域20的諧振頻率fr，聲波的頻散系數(shù)是虛數(shù)。因此，不建立傳播。因而，在厚隔膜區(qū)域32中，可以衰減在壓電隔膜14的平面方向上傳播的聲波。因此可以減小損耗。然而，在第四對比例中，未設(shè)置薄隔膜區(qū)域30。因此，如圖IlB所例示，截止頻率f0不增加。在這種情況中，和第一對比例一樣，相對于位置X，位移平滑地波動(dòng)。因此，不能夠限制雜波。如圖2B所示，在串聯(lián)諧振器S中，當(dāng)在比諧振頻率f,s更低的頻帶中產(chǎn)生雜波時(shí)，雜波對于通帶具有影響。另一方面，在并聯(lián)諧振器P中，即使在比諧振頻率f；p更低的頻帶中產(chǎn)生雜波，該雜波也處于通帶之外。在文件I中，提出了將能夠限制雜波的第二對比例的諧振器用作串聯(lián)諧振器，且將能夠限制損耗的第四對比例的諧振器用作并聯(lián)諧振器。然而，在該方法中，在串聯(lián)諧振器的上部電極16中設(shè)置薄隔膜區(qū)域30。在并聯(lián)諧振器的上部電極16中設(shè)置厚隔膜區(qū)域32。當(dāng)在上部電極16中設(shè)置薄隔膜區(qū)域30和厚隔膜區(qū)域32時(shí)，上部電極16的處理變復(fù)雜。并且，制造成本增加。類似地，對于在單個(gè)諧振器的上部電極16中設(shè)置薄隔膜區(qū)域30和厚隔膜區(qū)域32的第三對比例的諧振器，制造成本增加。將給出實(shí)現(xiàn)低損耗和低成本且限制雜波的實(shí)施方式的描述。第一實(shí)施方式圖16例示AlN的頻散曲線的計(jì)算結(jié)果。圖16的橫軸指示波數(shù)。圖16的縱軸指示頻率。在下部電極12是具有350nm的厚度的鑰隔膜、上部電極16是具有300nm的厚度的鑰隔膜且壓電隔膜14是具有1050nm的厚度的AlN隔膜的條件下，計(jì)算出該頻散曲線。在圖16中，模式TE是厚度縱向振動(dòng)模式。模式TS是厚度橫向振動(dòng)模式。模式TEl指示的實(shí)線是膜體聲波諧振器的功能的主模式。主模式TEl的波數(shù)是理想數(shù)。其中頻率與波數(shù)一同減小的區(qū)域是產(chǎn)生雜波的區(qū)域(圖16的TEl的虛線區(qū)域)。此處，在圖16中，關(guān)注與主模式TEl相同的厚度縱向振動(dòng)模式的低階振動(dòng)模式TEO (用虛線例示)。在圖16中，主模式TEl是一階模式。模式TEO是零階模式。模式TEO不具有諧振點(diǎn)且對于諧振沒有貢獻(xiàn)。即，模式TEO不用于機(jī)械振動(dòng)且不貢獻(xiàn)于電學(xué)特性。發(fā)現(xiàn)，如果在諧振區(qū)域20的邊緣使用模式TE0，則在不增加損耗的條件下限制了雜波。圖17例示用于第一實(shí)施方式中的模擬的結(jié)構(gòu)。如圖17所例示，對具有位于諧振區(qū)域20的邊緣處的厚隔膜區(qū)域32的諧振器，使用有限元法進(jìn)行模擬。圖17的結(jié)構(gòu)與圖14A相同。諧振區(qū)域20的中央(左側(cè)點(diǎn)線)是鏡面界面。在模擬中，諧振區(qū)域20的寬度Wr (整個(gè)諧振區(qū)域20的寬度的一半)是40 y m，厚隔膜區(qū)域32的上部電極16的相對于諧振區(qū)域20的中央部分的高度“t”以及厚隔膜區(qū)域32的寬度W是參數(shù)。高度“t”是0的諧振器是基準(zhǔn)諧振器。計(jì)算了諧振點(diǎn)的Q值、反諧振點(diǎn)的另一個(gè)Q值、有效機(jī)電耦合系數(shù)Keff2以及雜波增量。多個(gè)雜波以遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)為順序是一階雜波、二階雜波、三階雜波、 !!階雜波。計(jì)算一階雜波至三階雜波的總衰減量作為雜波增量。通過從總衰減量減去基準(zhǔn)諧振器的總衰減量獲得雜波增量。當(dāng)雜波增量為負(fù)時(shí)，與基準(zhǔn)諧振器相比，雜波被限制。圖18A至圖18D例示第一實(shí)施方式的模擬結(jié)果。圖18A例示諧振點(diǎn)的Q值-厚隔膜區(qū)域32的寬度W的關(guān)系。圖18B例示反諧振點(diǎn)的Q值-寬度W的關(guān)系。圖18C例示有效機(jī)電耦合系數(shù)Keff2-寬度W的關(guān)系。圖18D例示雜波增量-寬度W的關(guān)系。寬度W是零的黑圓圈指示基準(zhǔn)諧振器的值。白方塊是在高度“t”是25nm的情況中的計(jì)算結(jié)果。白三角是在高度“t”是IOOnm的情況中的計(jì)算結(jié)果。而白圓圈是在高度“t”是200nm的情況中的計(jì)算結(jié)果。如圖18D所例示，在很多情況中，當(dāng)厚隔膜區(qū)域32的寬度W是800 ii m或更小時(shí)，對于任意高度“t”，雜波增量為負(fù)。即，與基準(zhǔn)諧振器相比，雜波被限制。如圖18A至圖18C所示，在厚隔膜區(qū)域32的寬度W是SOOiim或更小的范圍中，諧振點(diǎn)的Q值、反諧振點(diǎn)的Q值以及有效機(jī)電耦合系數(shù)Keff2傾向于稍微增加。因此，即使厚隔膜區(qū)域32的寬度W是800iim或更小，諧振特性也不會受到不利影響。表I示出在產(chǎn)生一階雜波至三階雜波的頻率處且高度“t”是200nm的模式TEO的波長。表I示出，不管雜波的階數(shù)如何，模式TEO的波長是I. 69 至I. 7 Pm。因此，限制雜波的厚隔膜區(qū)域32的寬度W是模式TEO的波長的一半或更小。表I
權(quán)利要求
1.一種膜體聲波諧振器，所述膜體聲波諧振器包括 基板； 設(shè)置在所述基板上的下部電極； 設(shè)置在所述下部電極上的壓電隔膜；以及 設(shè)置在所述壓電隔膜上的上部電極， 其中 所述下部電極和所述上部電極中的至少一個(gè)具有位于諧振區(qū)域的邊緣處的具有比所述諧振區(qū)域的中央部分的厚度更厚的厚度的厚隔膜區(qū)域，所述諧振區(qū)域是所述下部電極和所述上部電極隔著所述壓電隔膜彼此面對的區(qū)域；并且 所述厚隔膜區(qū)域的寬度小于在與所述壓電隔膜的厚度方向相交叉的方向上傳播的聲波的波長。
2.一種膜體聲波諧振器，所述膜體聲波諧振器包括 基板； 下部電極； 設(shè)置在所述下部電極上的壓電隔膜；以及 設(shè)置在所述壓電隔膜上的上部電極； 其中 所述下部電極和所述上部電極中的至少一個(gè)具有位于諧振區(qū)域的邊緣處的具有比所述諧振區(qū)域的中央部分的厚度更厚的厚度的厚隔膜區(qū)域，所述諧振區(qū)域是所述下部電極和所述上部電極隔著所述壓電隔膜彼此面對的區(qū)域；并且 當(dāng)所述膜體聲波諧振器的諧振頻率是“fr”、所述壓電隔膜的硬度是“ell”且所述壓電隔膜的密度是“ P ”時(shí)，所述厚隔膜區(qū)域的寬度由以下公式表示
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜體聲波諧振器，其中，所述在與所述壓電隔膜的厚度方向相交叉的方向上傳播的聲波是具有與所述膜體聲波諧振器振蕩的聲波的主模式相同的振動(dòng)模式的低階聲波。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膜體聲波諧振器，其中，所述厚隔膜區(qū)域的寬度是所述在與所述壓電隔膜的厚度方向相交叉的方向上傳播的聲波的波長的一半或更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所述的膜體聲波諧振器，其中，在所述諧振區(qū)域的下部電極下方設(shè)置有空隙或聲學(xué)多層隔膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所述的膜體聲波諧振器，其中，所述壓電隔膜的在所述諧振區(qū)域外的部分比所述壓電隔膜的在所述諧振區(qū)域中的其它部分薄。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所述的膜體聲波諧振器，其中 在所述厚隔膜區(qū)域中，所述下部電極和所述上部電極中的一個(gè)比所述諧振區(qū)域的中央部分厚；并且 所述下部電極和所述上部電極中的另一個(gè)比所述諧振區(qū)域薄。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所述的膜體聲波諧振器，其中，所述壓電隔膜的泊松比是0. 3或更小。
9.一種濾波器，所述濾波器包括根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所述的膜體聲波諧振器。
10.一種濾波器，所述濾波器包括 并聯(lián)地耦合在輸入端子和輸出端子之間的一個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)諧振器；以及一個(gè)或更多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜體聲波諧振器，所述膜體聲波諧振器用作串聯(lián)諧振器且串聯(lián)地耦合在所述輸入端子和所述輸出端子之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的濾波器，其中 所述一個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)諧振器包括基板；設(shè)置在所述基板上的下部電極；設(shè)置在所述下部電極上的壓電隔膜；以及設(shè)置在所述壓電隔膜上的上部電極，其中，所述下部電極和所述上部電極中的至少一個(gè)具有位于諧振區(qū)域的邊緣處的具有比所述諧振區(qū)域的中央部分的厚度更厚的厚度的厚隔膜區(qū)域，所述諧振區(qū)域是所述下部電極和所述上部電極隔著所述壓電隔膜彼此面對的區(qū)域；并且 所述一個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)諧振器的所述厚隔膜區(qū)域的寬度大于所述一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)諧振器的所述厚隔膜區(qū)域的寬度。
12.—種雙工器，所述雙工器包括根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的濾波器。
13.一種雙工器，所述雙工器包括 耦合在公共端子和第一端子之間的第一濾波器；以及 耦合在所述公共端子和第二端子之間且具有比所述第一濾波器的通帶高的通帶的第二濾波器， 其中，所述第一濾波器是根據(jù)權(quán)利要求10所述的濾波器。
14.一種模塊，所述模塊包括根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所述的膜體聲波諧振器。
全文摘要
本發(fā)明涉及膜體聲波諧振器、濾波器、雙工器和模塊。膜體聲波諧振器包括基板；設(shè)置在所述基板上的下部電極；設(shè)置在所述下部電極上的壓電隔膜；以及設(shè)置在所述壓電隔膜上的上部電極，其中所述下部電極和所述上部電極中的至少一個(gè)具有位于諧振區(qū)域的邊緣處的具有比所述諧振區(qū)域的中央部分的厚度更厚的厚度的厚隔膜區(qū)域，所述諧振區(qū)域是所述下部電極和所述上部電極隔著所述壓電隔膜彼此面對的區(qū)域；并且所述厚隔膜區(qū)域的寬度小于在與所述壓電隔膜的厚度方向相交叉的方向上傳播的聲波的波長。
文檔編號H03H9/46GK102801400SQ20121016506
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者原基揚(yáng), 堤潤 申請人:太陽誘電株式會社