CN109756203A - 一种fbar谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法，对于具有双声学反射镜面FBAR，给出应用的要求频率，既定各层材料的厚度，而已知各振荡薄膜层材料的厚度，工作频率也是确定的。本发明通过对FBAR的谐振频率和振荡薄膜各层材料的厚度对应关系建立，使两者可进行相互推导预测。在FBAR的设计中，对确定的频率，而对各振荡层薄膜厚度进行预测，以及，对确定的各振荡层薄膜厚度，而对谐振频率进行预测，提供一种简单的，快速有效的方法，能够加快研发和生产进度。

Description

一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法

技术领域

本发明涉及射频技术和FBAR滤波器技术领域，具体涉及一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法。

背景技术

为满足更多通信功能和更好的通信体验，现代通信技术需要满足更高的效率和集成化的要求。由FBAR级联构造的滤波器，具有高Q值，低插损，矩形系数好，方向选择性好，具有很好的零深，带外抑制好等等性能上的优势，而且，体积小，与COMS工艺兼容，可以做集成。另外的，工作频率可以做到高频，因此，由FBAR级联构造的滤波器，能够很好的满足现代通信技术的这些要求。

FBAR(film bulk acoustic resonator，薄膜腔声谐振)是具有压电效应材料和能够形成(逆)压电效应结构的所构造的元器件。使用硅底板、借助MEMS技术以及薄膜技术而制造出来的。FBAR的工作原理是，在电极-压电材料-电极组成的“三明治”结构构成的核心部分中，通过在电极施加电压，压电材料产生形变，而当施加的是交变电压时，此时结构会产生逆压电效应。这个过程中，电能转化成机械能，通过声波在结构中传播，而在引起振动的同时，振动也会产生电信号，即通过压电效应，把机械能转化成电能，信号输出来。压电效应和逆压电效应同时存在，相互作用，并在相互作用的过程能够产生谐振，从而把信号选择出来。

目前，针对FBAR滤波器的研究和设计制造，并没有很好的方法去进行谐振频率和各层薄膜厚度预测，从而理论设计需要借助其他多种工具和方法来得到结果，而另一方面，又导致不能通过将目前检测性能良好的FBAR滤波器进行研究，进一步进行验证并指导新的FBAR滤波器的设计和制造。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法，已知FBAR振荡薄膜各层厚度，对应谐振频率关系的建立。可以通过获得FBAR滤波器中各FBAR各层厚度，从而预测FBAR的谐振频率，并获取FBAR滤波器的工作频率。通过将预测的FBAR谐振频率与实际的谐振频率进行比较从而实现对检测良好的FBAR滤波器的研究，为进一步设计FBAR滤波器提供设计对比参数，从而指导对FBAR滤波器的设计和制造。

本发明实施例提供一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法，已知FBAR振荡薄膜各层厚度，对应谐振频率关系的建立，包括以下步骤：

根据FBAR理想压电层谐振条件，建立理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型；

根据机电耦合系数与FBAR谐振频率的对应关系，建立机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型；

针对FBAR滤波器中的每一个FBAR，获取每层结构的厚度，所述每层结构至少包括压电层、上电极层和下电极层；

将获取的每层结构的厚度转化为理想压电层厚度，代入理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型，获取FBAR并联谐振频率；

获得压电层所用材料的机电耦合系数，将所获得到的压电层所用材料的机电耦合系数和FBAR并联谐振频率代入机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型，获取FBAR串联谐振频率。

优选地，在获取到FBAR并联谐振频率和串联谐振频率后，还包括步骤：获取所述FBAR滤波器的工作频率。

本发明实施例提供的一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法，已知FBAR振荡薄膜各层厚度，对应谐振频率关系的建立。通过测量FBAR滤波器中FBAR各层的厚度来预测FBAR的谐振频率，进而计算FBAR滤波器的工作频率。通过将预测的FBAR谐振频率与实际的谐振频率进行比较从而实现对检测良好的FBAR滤波器的研究，为进一步设计FBAR滤波器提供设计对比参数，从而指导对FBAR滤波器的设计和制造。对确定的各层材料的厚度，可以预测谐振频率，一般应用于对所制备的器件进行性能预测，而对下一步分析或调整提供参考。或者根据特定的工艺条件，确定各层材料的厚度，对器件的性能进行预测。

本发明实施例提供一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法，已知FBAR谐振频率，对应振荡薄膜各层厚度关系的建立，包括以下步骤：

根据FBAR理想压电层谐振条件，建立理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型；

根据机电耦合系数与FBAR谐振频率的对应关系，建立机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型；

获取FBAR滤波器的工作频率，根据FBAR滤波器的工作频率确定FBAR滤波器的工作频段，并根据所述工作频段和FBAR级联构造原理，确定FBAR滤波器中每个FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率；

将获取的FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率，代入理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型，获取理想压电层厚度；

根据实际压电层厚度比例，确定实际压电层厚度；

将获取的FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率，代入机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型，获取压电材料的机电耦合系数，并根据所述机电耦合系数，确定压电材料；

通过理想压电层厚度和确定的实际压电层厚度，获取等效压电层厚度；

通过等效压电层厚度，结合除压电层外其他各层选用的材料，获取除压电层外其他各层材料厚度，所述除压电层外其他各层至少包括上电极层和下电极层。

实施例提供的一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法，其特征在于，已知FBAR谐振频率，对应振荡薄膜各层厚度关系的建立，通过对性能良好的FBAR滤波器进行检测，获取FBAR滤波器的工作频率，并通过该工作频率，计算FBAR滤波器各级联FBAR的并联谐振频率和串联谐振频率，从而预测该FBAR滤波器中各FBAR各层材料的厚度。获取到的FBAR各层材料的厚度可以代入FBAR模拟仿真软件中进行仿真研究，以便与该FBAR滤波器进行对比，找出优化和设计FBAR更好的方法，也可以为具体涉及FBAR设计提供设计参数。

在对确定的谐振频率，进行预测各层材料的厚度中，对于逐一确定材料层的过程，用时进行了对FBAR的结构预测。每一层材料厚度的确定是结果，而对于需要哪些层，哪层用什么材料，然后给出厚度，这样器件的结构层次也便很清晰了。

优选地，根据FBAR理想压电层谐振条件，建立理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型，具体包括：

由理想压电层谐振条件公式：

获取理想压电层厚度：

其，θ是相偏移角，k是波数，2H_a为理想压电层厚度，v_a为压电材料纵波声速，f_p为FBAR并联谐振频率。

理想压电层，指的是，对于基本的电极层-压电层-电极层构成的压电核心结构，声波从电极层与压电层接触一面经过电极层到达另一表面而全部反射，而又把电极层设定为无限薄，即存在电极层，但电极层厚度忽略不计，这样声波传输路径全被限制在压电层内。

各层材料厚度可以看成是从理想压电材料厚度分配出去的，同样材料的压电层，可以从这个厚度直接减去，但不同材料的厚度，需要通过建立起谐振频率和各层材料厚度的关系式，这样，相当于进行不同材料的厚度和对应所计算分配的压电材料厚度换算。

优选地，根据机电耦合系数与FBAR并联谐振频率和串联谐振频率的对应关系，建立机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型，具体为：

k_t ²为机电耦合系数，f_s为FBAR串联谐振频率。

优选地，将获取的每层结构的厚度转化为理想压电层厚度，具体为：建立起谐振频率和各层材料厚度的关系：

或

其中

2H_a＝2h_a+2h₁+2h₂+......+2h_n (6)

其中，2h_n(n＝1,2,3……)为除压电层外各层材料的厚度，v_n(n＝1,2,3……)为所代表材料的纵波声速，2h_a为压电层实际厚度。

公式(4)和(5)是对公式(2)的应用，其中，公式(4)是根据把声波在每一材料中传播的时间加权，通过求得在整个振荡薄膜中传播的等效速率，替换掉公式(2)中的v_a，而总厚度会在分子和分母中约掉，得到公式(4)。公式(5)是对每一材料层，假定其中声波传播速度都为v_a，那么，等效的，各层材料的厚度与材料的速度比存在比例关系，而在建立的关系上，有效传播路程应当看成是各层材料实际厚度乘以比例因子。

优选地，一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法，已知FBAR谐振频率，对应振荡薄膜各层厚度关系的建立，根据以下方法确定每个FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率：

根据所述FBAR滤波器的工作频率，由FBAR滤波器的工作频段，最大两倍于FBAR的谐振频率之差，确定FBAR的谐振频率之差；

对于串联FBAR，并联谐振频率f_p为FBAR滤波器通带最高频，串联谐振频率f_s为FBAR滤波器通带中频；对于并联FBAR，并联谐振频率f_p为FBAR滤波器通带中频，串联谐振频率f_s为FBAR滤波器通带最低频，从而确定FBAR并联谐振频率f_p和串联谐振频率f_s。

优选地，等效压电层厚度为理想压电层厚度减去压电层初始厚度；

通过等效压电层厚度，结合各层选用的材料，获取除压电层外其他各层材料厚度，具体为：

通过公式

或

把等效压电层厚度转化成除压电层外其他各层的厚度；其中，2h_n(n＝1,2,3……)其他各层材料的厚度，v_n(n＝1,2,3……)为代表其他各层材料的纵波声速，存在以下关系：

2H_a＝2h_a+2h₁+2h₂+......+2h_n (4)

2h_a为压电层初始厚度。

优选地，对于级联FBAR滤波器，其带带宽为2(f_p-f_s)，频率范围f_p±(f_p-f_s)或f_s±(f_p-f_s)，主要由FBAR处并联或串联而选定频率范围。当预测出FBAR的并联谐振频率f_p和串联谐振频率f_s，即可预测出FBAR滤波器的工作频段和和工作频率。

关注到频率要求，一般指标要求是对FBAR滤波器的，而反映到级联构造滤波器的FBAR上，是对应FBAR谐振频率的考虑。根据最基本FBAR级联(由一串联FBAR和一并联FBAR构成)实现滤波功能的原理可知，FBAR滤波器通带，最大两倍于FBAR的两个谐振频率之差(取正)，那么，对于串联FBAR，f_p为滤波器通带最高频，f_s为滤波器通带中频，而并联FBAR，f_p为滤波器通带中频，f_s为滤波器通带最低频。这样，由谐振频率，可以预测滤波器的通带。

本发明具体实施提供的方法，具有以下优点：

1.一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法，把FBAR谐振频率和各层材料厚度通过建立起关系式，FBAR相关参数被关联起来，相互之间的作用关系被量化直观体现，对研究和生产提供了指导作用。

2.降低了FBAR的入门门槛，通过把相关参数关系通过公式体现出来，方便分析和研究，简化了分析流程，促进和加快对FBAR的研究分析，以及设计和制备。

3.本发明提供的FBAR谐振频率预测方法和FBAR各层厚度预测方法，大致是两个方向的，而统一到公式中，那么对于从任何一个方向开始，都是可逆的。两个方面可以相互转化，在实际应用中有着重要的作用。

附图说明

图1为本发明一种FBAR结构示意图；

图2为本发明已知FBAR振荡薄膜各层厚度，对应谐振频率关系的建立方法流程示意图；

图3为本发明已知FBAR谐振频率，对应振荡薄膜各层厚度关系的建立方法流程示意图。

附图中：21、硅衬底；22、空腔；23、支撑层；24、下电极层；25、压电层；26、上电极层；27、空腔结构。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明实施例提供的FBAR谐振频率预测方法和FBAR各层厚度预测方法中，FBAR的基本结构如图1所示，包括单晶制成的硅衬底21，在硅衬底21上刻蚀出空腔22，硅衬底21上设置支撑层23，支撑层23与硅衬底21一起将空腔22形成密闭的空间。在支撑层上设置下电极层24、压电层25，压电层上设置上电极层26。上电极26层、压电层25和下电极层24形成电极-压电层-电极的核心层。特别地，在上电极层26上设置有空腔结构27，即核心层的下方有空腔22，核心层的上方有空腔结构27，空腔22和空腔结构27构成了振荡声波的全反射面。根据其他需求和工艺条件，在电极-压电层-电极的核心层之间，还可以增加其他一些层，如实际制备中，上电极层26之上还可以设置调谐层，或做隔绝空气做保护作用的保护层。下电极层24下也不一定需要支撑层23，即下电极和压电层直接设置在硅衬底21上，或者也可以在支撑层的位置设置温补层。

实施例1：

如图2所示，本发明提供的已知FBAR振荡薄膜各层厚度，对应谐振频率关系的建立方法，包括如下步骤：

S31:根据FBAR理想压电层谐振条件，建立理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型；

S32:根据机电耦合系数与FBAR谐振频率的对应关系，建立机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型；

S33:针对FBAR滤波器中的每一个FBAR，获取每层结构的厚度，所述每层结构至少包括压电层25、上电极层26和下电极层24；可以通过测量仪器或者其他的任何可测量方法来获取每层结构的厚度，比如，有些层采用标准件的，可以通过测量标准件或者通过官方提供的标准件厚度获取该层厚度；

S34:将获取的每层结构的厚度转化为理想压电层厚度，代入理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型，获取FBAR并联谐振频率；

S35:获得压电层所用材料的机电耦合系数，将所获得到的压电层所用材料的机电耦合系数和FBAR并联谐振频率代入机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型，获取FBAR串联谐振频率。

本发明实施例提供的已知FBAR振荡薄膜各层厚度，对应谐振频率关系的建立方法，通过测量FBAR滤波器中FBAR各层的厚度来预测FBAR的谐振频率，进而计算FBAR滤波器的工作频率。通过将预测的FBAR谐振频率与实际的谐振频率进行比较从而实现对检测良好的FBAR滤波器的研究，为进一步设计FBAR滤波器提供设计对比参数，从而指导对FBAR滤波器的设计和制造。

根据FBAR理想压电层谐振条件，建立理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型，具体包括：

由理想压电层谐振条件公式：

获取理想压电层厚度：

其，θ是相偏移角，k是波数，2H_a为理想压电层厚度，v_a为压电材料纵波声速，f_p为FBAR并联谐振频率。

根据机电耦合系数与FBAR并联谐振频率和串联谐振频率的对应关系，建立机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型，具体为：

k_t ²为机电耦合系数，f_s为FBAR串联谐振频率。

将获取的每层结构的厚度转化为理想压电层厚度，具体为：建立起谐振频率和各层材料厚度的关系：

或

其中

2H_a＝2h_a+2h₁+2h₂+......+2h_n (6)

其中，2h_n(n＝1,2,3……)为除压电层外各层材料的厚度，v_n(n＝1,2,3……)为所代表材料的纵波声速，2h_a为压电层实际厚度。

下面以一个具体实施例来对本发明的已知FBAR振荡薄膜各层厚度，对应谐振频率关系的建立方法进行具体说明。

如图1所示的FBAR结构中，硅衬底21材料为单晶硅，支撑层23为Si₃N₄，上电极层26上和下电极层24均为Mo，压电层25为AlN，通过测量仪器获得支撑层23为Si₃N₄厚度为160nm，下电极层24Mo的厚度为230nm，压电层25AlN的厚度为1200nm，上电极层Mo的厚度为188nm。

通过查阅手册可知，纵波声速分别为：Mo的为6213m/s，AlN的为11350m/s，Si3N4的为11000m/s。

已知各层材料厚度，可以递推出FBAR的谐振频率，进一步的，即滤波器的工作频率。根据公式(4)或公式(5)，计算得到并联谐振频率，随后利用公式(6)中的各参数之间数学表达关系式，计算得到串联谐振频率。这样，FBAR的谐振频率已得出，那么，由此FBAR构成的滤波器通带带宽为2(f_p-f_s)，频率范围f_p±(f_p-f_s)或f_s±(f_p-f_s)，由FBAR各层厚度便推导出频率。

把各层材料厚度和声波在材料传播的纵波声速数据代入公式(3)中，计算得到fp，此实施例计算得到fp为2.67GHz。

进一步的，已知实施例中压电材料机电耦合系数为0.058，根据公式(3)，计算得到fs为2.61GHz，于是可知，若级联滤波器，滤波器最大通带约为120MHz，那么，工作频率范围为2.55GHz～2.79GHz，或者2.49GHz～2.73GHz。

实施例2：

如图3所示，本发明提供的已知FBAR谐振频率，对应振荡薄膜各层厚度关系的建立方法，包括如下步骤：

S41:根据FBAR理想压电层谐振条件，建立理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型；

S42:根据机电耦合系数与FBAR谐振频率的对应关系，建立机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型；

S43:获取FBAR滤波器的工作频率，根据FBAR滤波器的工作频率确定FBAR滤波器的工作频段，并根据所述工作频段和FBAR级联构造原理，确定FBAR滤波器中每个FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率；

S44:将获取的FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率，代入理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型，获取理想压电层厚度；

S45:根据实际压电层厚度比例，确定压实际电层厚度；

S46:将获取的FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率，代入机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型，获取压电材料的机电耦合系数，并根据所述机电耦合系数，确定压电材料；

S47:通过理想压电层厚度和确定的实际压电层厚度，获取等效压电层厚度；

S48:通过等效压电层厚度，结合除压电层外其他各层选用的材料，获取除压电层外其他各层材料厚度，所述除压电层外其他各层至少包括上电极层和下电极层。

本发明实施例提供的已知FBAR谐振频率，对应振荡薄膜各层厚度关系的建立方法，通过对性能良好的FBAR滤波器进行检测，获取FBAR滤波器的工作频率，并通过该工作频率，计算FBAR滤波器各级联FBAR的并联谐振频率和串联谐振频率，从预测该FBAR滤波器中各FBAR各层材料的厚度。获取到的FBAR各层材料的厚度可以为代入FBAR模拟仿真软件中进行仿真研究，以便与该FBAR滤波器进行对比，找出优化和设计FBAR更好的方法，也可以为具体涉及FBAR提供设计参数。

优选地，根据FBAR理想压电层谐振条件，建立理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型，具体包括：

由理想压电层谐振条件公式：

获取理想压电层厚度：

其，θ是相偏移角，k是波数，2H_a为理想压电层厚度，v_a为压电材料纵波声速，f_p为FBAR并联谐振频率。

理想压电层，指的是，对于基本的电极层-压电层-电极层构成的压电核心结构，声波从电极层与压电层接触一面经过电极层到达另一表面而全部反射，而又把电极层设定为无限薄，即存在电极层，但电极层厚度忽略不计，这样声波传输路径全被限制在压电层内。

各层材料厚度可以看成是从理想压电材料厚度分配出去的，同样材料的压电层，可以从这个厚度直接减去，但不同材料的厚度，需要通过建立起谐振频率和各层材料厚度的关系式，这样，相当于进行不同材料的厚度和对应所计算分配的压电材料厚度换算。

优选地，根据机电耦合系数与FBAR并联谐振频率和串联谐振频率的对应关系，建立机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型，具体为：

k_t ²为机电耦合系数，f_s为FBAR串联谐振频率。

优选地，理想压电层厚度转化为每层结构的厚度，具体为：建立起谐振频率和各层材料厚度的关系：

或

其中

2H_a＝2h_a+2h₁+2h₂+......+2h_n (6)

其中，2h_n(n＝1,2,3……)为除压电层外各层材料的厚度，v_n(n＝1,2,3……)为所代表材料的纵波声速，2h_a为压电层实际厚度。

公式(4)和(5)是对公式(2)的应用，其中，公式(4)是根据把声波在每一材料中传播的时间加权，通过求得在整个振荡薄膜中传播的等效速率，替换掉公式(2)中的v_a，而总厚度会在分子和分母中约掉，得到公式(4)。公式(5)是对每一材料层，假定其中声波传播速度都为v_a，那么，等效的，各层材料的厚度与材料的速度比存在比例关系，而在建立的关系上，有效传播路程应当看成是各层材料实际厚度乘以比例因子。

优选地，根据以下方法确定每个FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率：

根据所述FBAR滤波器的工作频率，由FBAR滤波器的工作频段，最大两倍于FBAR的谐振频率之差，确定FBAR的谐振频率之差；

对于串联FBAR，并联谐振频率f_p为FBAR滤波器通带最高频，串联谐振频率f_s为FBAR滤波器通带中频；对于并联FBAR，并联谐振频率f_p为FBAR滤波器通带中频，串联谐振频率f_s为FBAR滤波器通带最低频，从而确定FBAR并联谐振频率f_p和串联谐振频率f_s。

优选地，等效压电层厚度为理想压电层厚度减去压电层初始厚度；

优选地，对于级联FBAR滤波器，其带带宽为2(f_p-f_s)，频率范围f_p±(f_p-f_s)或f_s±(f_p-f_s)，主要由FBAR处并联或串联而选定频率范围。当预测出FBAR的并联谐振频率f_p和串联谐振频率f_s，即可预测出FBAR滤波器的工作频段和和工作频率。

关注到频率要求，一般指标要求是对FBAR滤波器的，而反映到级联构造滤波器的FBAR上，是对应FBAR谐振频率的考虑。根据最基本FBAR级联(由一串联FBAR和一并联FBAR构成)实现滤波功能的原理可知，FBAR滤波器通带，最大两倍于FBAR的两个谐振频率之差(取正)，那么，对于串联FBAR，f_p为滤波器通带最高频，f_s为滤波器通带中频，而并联FBAR，f_p为滤波器通带中频，f_s为滤波器通带最低频。这样，由谐振频率，可以预测滤波器的通带。

下面以一个具体实施例来对本发明的已知FBAR谐振频率，对应振荡薄膜各层厚度关系的建立方法进行具体说明。

测量到FBAR滤波器的工作频率范围2300MHz～2400MHz，插损≤3dB，带外抑制≥30dB，以及FBAR级联构造FBAR滤波器的原理，确定谐振器的基频f_p。根据工作频率范围，首先可以得到，串联FBAR，并联谐振频率f_ps＝2400MHz，串联谐振频率f_ss＝2350MHz，并联FBAR，并联谐振频率f_pp＝2350MHz，串联谐振频率f_sp＝2300MHz。

根据公式(3)计算得到这里，根据理想压电层谐振的条件，得到理想情况下压电层的厚度。由公式(3)，计算得到理想压电层厚度，串联FBAR:2Hap＝2.36um，并联FBAR:2Haps＝2.41um。

根据结构的考虑以及厚度比的考虑，确定压电层的厚度。这里，串联FBAR压电层厚度2h_ap为1.2um，并联FBAR压电层厚度2h_as为1.2um。

理想压电层厚度减去确定的压电层厚度，剩余的厚度是电极和其他材料层等效的压电层厚度，因此需要把这个厚度转化为电极和其他材料层的厚度。对实施例做简化处理，层结构仅保留核心工作的“三明治”结构，因此除了AlN层，剩下的就是电极Mo层了。

并串联FBAR等效的AlN层厚度分别是1.21um和1.16um，由公式(4)或(5)，把等效的AlN层厚度转化为电极总厚度，于是有，并联电极总厚度2h_1s＝659.56nm，串联电极总厚度2h_1p＝659.39nm。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法，其特征在于，已知FBAR振荡薄膜各层厚度，对应谐振频率关系的建立，包括以下步骤：

根据FBAR理想压电层谐振条件，建立理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型；

根据机电耦合系数与FBAR谐振频率的对应关系，建立机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型；

针对FBAR滤波器中的每一个FBAR，获取每层结构的厚度，所述每层结构至少包括压电层、上电极层和下电极层；

将获取的每层结构的厚度转化为理想压电层厚度，代入理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型，获取FBAR并联谐振频率；

获得压电层所用材料的机电耦合系数，将所获得到的压电层所用材料的机电耦合系数和FBAR并联谐振频率代入机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型，获取FBAR串联谐振频率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取到FBAR并联谐振频率和串联谐振频率后，还包括步骤：获取所述FBAR滤波器的工作频率。

3.一种FBAR谐振频率和振荡薄膜各层厚度对应关系建立方法，其特征在于，已知FBAR谐振频率，对应振荡薄膜各层厚度关系的建立，包括以下步骤：

根据FBAR理想压电层谐振条件，建立理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型；

根据机电耦合系数与FBAR谐振频率的对应关系，建立机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型；

获取FBAR滤波器的工作频率，根据FBAR滤波器的工作频率确定FBAR滤波器的工作频段，并根据所述工作频段和FBAR级联构造原理，确定FBAR滤波器中每个FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率；

将获取的FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率，代入理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型，获取理想压电层厚度；

根据实际压电层厚度比例，确定实际压电层厚度；

将获取的FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率，代入机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型，获取压电材料的机电耦合系数，并根据所述机电耦合系数，确定压电材料；

通过理想压电层厚度和确定的实际压电层厚度，获取等效压电层厚度；

通过等效压电层厚度，结合除压电层外其他各层选用的材料，获取除压电层外其他各层材料厚度，所述除压电层外其他各层至少包括上电极层和下电极层。

4.如权利要求1或3任一所述的方法，其特征在于，根据FBAR理想压电层谐振条件，建立理想压电层与FBAR并联谐振频率的关联模型，具体包括：

由理想压电层谐振条件公式：

获取理想压电层厚度：

其中，θ是相偏移角，k是波数，2H_a为理想压电层厚度，v_a为压电材料纵波声速，f_p为FBAR并联谐振频率。

5.如权利要求1或3任一所述的方法，其特征在于，根据机电耦合系数与FBAR并联谐振频率和串联谐振频率的对应关系，建立机电耦合系数与FBAR谐振频率的关联模型，具体为：

k_t ²为机电耦合系数，f_s为FBAR串联谐振频率。

6.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，通过每层结构的厚度与理想压电层厚度的关系，建立起谐振频率和各层材料厚度的关系：

或

其中

2H_a＝2h_a+2h₁+2h₂+......+2h_n (6)

其中，2h_n(n＝1,2,3……)为除压电层外各层材料的厚度，v_n(n＝1,2,3……)为所代表材料的纵波声速，2h_a为压电层实际厚度。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据以下方法确定每个FBAR并联谐振频率和FBAR串联谐振频率：

根据所述FBAR滤波器的工作频率，由FBAR滤波器的工作频段，最大两倍于FBAR的谐振频率之差，确定FBAR的谐振频率之差；

对于串联FBAR，并联谐振频率f_p为FBAR滤波器通带最高频，串联谐振频率f_s为FBAR滤波器通带中频；对于并联FBAR，并联谐振频率f_p为FBAR滤波器通带中频，串联谐振频率f_s为FBAR滤波器通带最低频，从而确定FBAR并联谐振频率f_p和串联谐振频率f_s。