CN116073791A - 一种纵向泄露声表面波滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纵向泄露声表面波滤波器，涉及无源电学器件领域，包括多个电学级联的谐振器，用于激发纵向泄露声表面波模式；每个谐振器包括支撑衬底、压电薄膜结构和电极阵列；所述电极阵列均包括叉指电极阵列和反射栅阵列；所述谐振器中串联谐振器的波长小于并联谐振器的波长；串联谐振器第一压电薄膜结构的第一厚度小于并联谐振器第二压电薄膜结构的第二厚度，以使所述串联谐振器的归一化膜厚与所述并联谐振器的归一化膜厚之间的差值在预设范围内，以此抑制纵向泄露声表面波滤波器通带外杂散模式，降低通带内损耗，提升滤波器性能。

Description

一种纵向泄露声表面波滤波器

技术领域

本发明涉及无源电学器件领域，特别涉及一种纵向泄露声表面波滤波器。

背景技术

常规的基于压电薄膜的声表面波滤波器，其压电膜厚度h是均一的。滤波器的组成单元——谐振器具有不同的波长λ，故一个声表面波滤波器存在多个不同的h/λ，不同的h/λ所对应的谐振器特性(包括：耦合系数、截止频率、Q值情况、声速等等)大不相同。对于水平剪切模式的声表面波滤波器而言，不同的h/λ一般不会产生负面影响；但对于当前新型纵向泄露模式的声表面波滤波器而言，h/λ过大，会导致声表面波滤波器通带外存在杂散模式，而h/λ过小会使得截止频率偏低，导致滤波器损耗过大。

发明内容

为解决现有技术中纵向泄露声表面波滤波器由于不同h/λ导致存在带外杂散模式、滤波器损耗偏高的技术问题，本发明公开了一种纵向泄露声表面波滤波器，包括：

多个电学级联的谐振器，所述谐振器用于激发纵向泄露声表面波模式；每个所述谐振器包括支撑衬底、压电薄膜结构和电极阵列；所述电极阵列均包括平行排布的叉指电极阵列和设于所述叉指电极阵列两端的反射栅阵列；所述谐振器包括串联谐振器和并联谐振器，其中，

所述串联谐振器的波长小于所述并联谐振器的波长；所述串联谐振器的第一压电薄膜结构具有第一厚度；所述并联谐振器的第二压电薄膜结构具有第二厚度；

所述第一压电薄膜结构的所述第一厚度小于所述第二压电薄膜结构的所述第二厚度，以使所述串联谐振器的归一化膜厚与所述并联谐振器的归一化膜厚之间的差值在预设差值范围内；所述归一化膜厚表征所述谐振器的压电薄膜结构厚度与所述谐振器波长的比值。

可选地，所述第一压电薄膜结构和所述第二压电薄膜结构为压电薄膜、或者压电薄膜与介质层形成的复合薄膜结构；所述纵向泄露声表面波滤波器中包括至少两种所述压电薄膜结构厚度。

可选地，所述第一压电薄膜结构为压电薄膜，所述第二压电薄膜结构为压电薄膜与介质层形成的复合薄膜结构；

所述第一压电薄膜结构的压电薄膜厚度与所述第二压电薄膜结构的压电薄膜厚度一致，所述第二压电薄膜结构的介质层厚度小于1微米；所述介质层的材料为硅氧化物、氧化铝、硅氮化物或二氧化铪中的一种或者多种组合。

可选地，所述第一压电薄膜结构和所述第二压电薄膜结构均为压电薄膜；所述第一压电薄膜结构的压电薄膜厚度小于所述第二压电薄膜结构的压电薄膜厚度。

可选地，所述压电薄膜结构与所述支撑衬底之间设有过渡层，所述过渡层的材料为硅氧化物、氧化铝、硅氮化物或二氧化铪中的一种或者多种组合。

可选地，所述第一压电薄膜结构和所述第二压电薄膜结构的压电薄膜的材料为铌酸锂或钽酸锂中的一种。

可选地，所述第一压电薄膜结构和所述第二压电薄膜结构的压电薄膜的厚度小于1微米；所述压电薄膜的晶体切型为X切或Z切。

可选地，所述支撑衬底的材料为碳化硅或金刚石中的一种。

可选地，所述电极阵列的所述叉指电极阵列和所述反射栅电极阵列与所述电极阵列的法线方向具有倾斜角；所述倾斜角的角度区间为[-20°，+20°]。

可选地，还包括电感元件，所述电感元件与所述并联谐振器级联或桥接。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明针对纵向泄露声表面波滤波器，提出设置不同薄膜厚度的滤波器结构，通过减小串联谐振器第一压电薄膜结构的厚度，或者增加并联谐振器第二压电薄膜结构的厚度，使得串联谐振器第一压电薄膜结构的厚度小于并联谐振器第二压电薄膜结构的厚度，令纵向泄露声表面波滤波器中所有谐振器的h/λ处于一个优势区间，且各谐振器之间的h/λ差距较小，以此抑制纵向泄露声表面波滤波器通带外杂散模式，降低通带内损耗，提升滤波器性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种纵向泄露声表面波滤波器的谐振器单元截面结构示意图；

图2为本发明实施例的另一种纵向泄露声表面波滤波器的谐振器单元截面结构示意图；

图3为本发明实施例的另一种纵向泄露声表面波滤波器的谐振器单元截面结构示意图；

图4为本发明实施例的一种纵向泄露声表面波滤波器的谐振器单元俯视结构示意图；

图5为本发明实施例的一种纵向泄露声表面波滤波器的拓扑结构示意图；

图6为本发明实施例的一种纵向泄露声表面波滤波器的谐振器单元的导纳和滤波器的插损示意图；

图7为对图6优化调整后的一种纵向泄露声表面波滤波器的谐振器单元的导纳和滤波器的插损示意图；

图8为本发明实施例的另一种纵向泄露声表面波滤波器的谐振器单元导纳和电导示意图；

图9为对图8优化调整后的另一种纵向泄露声表面波滤波器的谐振器单元导纳和电导示意图；

图10为现有技术中一种水平剪切声表面波滤波器的谐振器单元导纳和电导示意图。

以下对附图作补充说明：

1-串联谐振器；11-第一压电薄膜结构；2-并联谐振器；21-第二压电薄膜结构；3-电极阵列；31-叉指电极阵列；32-反射栅阵列；4-支撑衬底；5-介质层；6-过渡层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的″一个实施例″或″实施例″是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语″上″、″下″、″顶″、″底″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐合指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有″第一″、″第二″的特征可以明示或者隐合的包括一个或者更多个该特征。而且，术语″第一″、″第二″等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

为了下面的详细描述的目的，应当理解，本发明可采用各种替代的变化和步骤顺序，除非明确规定相反。此外，除了在任何操作实例中，或者以其他方式指出的情况下，表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的所有数字应被理解为在所有情况下被术语″约″修饰。因此，除非相反指出，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本发明所要获得的期望性能而变化的近似值。至少并不是试图将等同原则的适用限制在权利要求的范围内，每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的个数并通过应用普通舍入技术来解释。

尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是具体实例中列出的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含由其各自测试测量中发现的标准偏差必然产生的某些误差。当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。例如，从″1至10″的指定范围应视为包括最小值1与最大值10之间的任何及所有的子范围。范围1至10的示例性子范围包括但不限于1至6.1、3.5至7.8、5.5至10等。

声波谐振器是声表面波滤波器的基本组成单元，谐振器的性能将直接影响所搭建的滤波器的性能。声表面波滤波器可以由若干个串联谐振器和并联谐振器级联而成，谐振器的结构通常为支撑衬底、压电薄膜和电极阵列叠置而成。现有技术中，常规的基于压电薄膜的声表面波滤波器，各谐振器压电薄膜厚度h是均一的，而串联谐振器和并联谐振器具有不同的波长λ，因为根据工作频率f＝v/λ(其中λ为叉指电极的周期，v为声表面波的声速)，由于串联谐振器的频率高于并联谐振器的频率，因此在声速v相同的前提下，串联谐振器的波长λ₁小于并联谐振器的波长λ₂，故一个声表面波滤波器存在多个不同的h/λ，其中h表示谐振器压电薄膜结构的厚度。由于异质衬底中，声波具有色散特性，因此不同的h/λ所对应的谐振器特性(包括：耦合系数、截止频率、Q值情况、声速等等)大不相同。对于激发水平剪切声表面波模式(SH-SAW)的滤波器，存在不同的h/λ影响不大；而对于激发纵向泄露声表面波模式(LL-SAW)的滤波器，h/λ过大，会导致滤波器通带外存在杂散模式，而h/λ过小会使得截止频率偏低，导致滤波器通带内损耗过大。

因此，针对纵向泄露声表面波模式(LL-SAW)的滤波器，为解决不同谐振器h/λ相差过大导致的器件性能恶化问题，使得滤波器中各谐振器单元的h/λ均处于一个优势区间且各谐振器之间的h/λ差距较小，本发明考虑改变谐振器的压电薄膜厚度进而改变h/λ的大小。由于串联谐振器的波长λ₁小，并联谐振器的波长λ₂大，故可以降低串联谐振器的压电薄膜厚度h₁，或者增大并联谐振器的压电薄膜厚度h₂，即保证h₁小于h₂，最终使得h1/λ1与h2/λ2相接近，获得性能较为均一的串/并联谐振器，最终组建成为高性能滤波器。

本发明所提出的一种纵向泄露声表面波滤波器，包括：

多个电学级联的谐振器，所述谐振器用于激发纵向泄露声表面波模式；每个所述谐振器包括支撑衬底4、压电薄膜结构和电极阵列3；所述电极阵列3均包括平行排布的叉指电极阵列31和设于所述叉指电极阵列31两端的反射栅阵列32；所述谐振器包括串联谐振器1和并联谐振器2，其中，

所述串联谐振器1的波长小于所述并联谐振器2的波长；所述串联谐振器1的第一压电薄膜结构11具有第一厚度；所述并联谐振器2的第二压电薄膜结构21具有第二厚度；

所述第一压电薄膜结构11的所述第一厚度小于所述第二压电薄膜结构21的所述第二厚度，以使所述串联谐振器的归一化膜厚与所述并联谐振器的归一化膜厚之间的差值在预设差值范围内；所述归一化膜厚表征所述谐振器的压电薄膜结构厚度与所述谐振器波长的比值。

具体的，本发明的声表面波滤波器可以是由一个串联谐振器1和一个并联谐振器2构成，也可以是由一个串联谐振器1和多个并联谐振器2，或者多个串联谐振器1和一个并联谐振器2，或者多个串联谐振器1和多个并联谐振器2构成，在本发明各实施例中，通常串联谐振器来统称滤波器中的多个串联谐振器1，也就是说，实际上，串联谐振器1可以是包括多个串联谐振器1的，同理，并联谐振器2用来统称滤波器中的多个并联谐振器2，即下文中的示例的串联谐振器1和并联谐振器2不限于一个。

参考图1，其所示为本发明实施例的一种纵向泄露声表面波滤波器的谐振器单元截面结构示意图，自下而上依次为支撑衬底4、压电薄膜结构和电极阵列3，需要说明的是，谐振器单元包括各串联谐振器1和并联谐振器2，故每个串联谐振器1由支撑衬底4、第一压电薄膜结构11和电极阵列3组成，每个并联谐振器2由支撑衬底4、第二压电薄膜结构21和电极阵列3组成。由图1可以看出，串联谐振器1的第一压电薄膜结构11厚度h₁小于并联谐振器2的第二压电薄膜结构21的厚度h₂，以使所述串联谐振器1的归一化膜厚与所述并联谐振器2的归一化膜厚之间的差值在预设差值范围内，本发明实施例中，预设差值范围为(β，β+1.5％)，即β＜h₁/λ₁，h₂/λ₂，....＜(β+1.5％)，其中β满足16％＜β＜30.5％，β的取值是能够保证声表面波滤波器在纵向泄露声表面波模式(LL-SAW)时尽可能不受到高频杂散模式的影响，比如在一个实施例中，所述预设差值范围为(24％，25.5％)，即串联谐振器1的归一化膜厚与并联谐振器2的归一化膜厚24％＜h₁/λ₁，h₂/λ₂，....＜25.5％。现有技术中，纵向泄露声表面波(LL-SAW)滤波器的各谐振器h/λ相差较大，且不能保证在同一个优势区间，本发明实施例的纵向泄露声表面波(LL-SAW)滤波器各谐振器h/λ差距较小，且均处于同一个优势区间。

这里除了h₁/λ₁、h₂/λ₂外还可以有别的h/λ，可以理解为，在一种可能的实施方式中，所述第一压电薄膜结构11和所述第二压电薄膜结构21为压电薄膜、或者压电薄膜与介质层5形成的复合薄膜结构；所述纵向泄露声表面波滤波器中包括至少两种所述压电薄膜结构厚度。具体的，第一压电薄膜结构11和第二压电薄膜结构21可以为单一的压电材料构成的单层或者多层压电薄膜，即仅包括压电薄膜；或者第一压电薄膜结构11和第二压电薄膜结构21可以为压电材料和其他材料构成的复合薄膜结构，即包括压电薄膜与介质层5。并且，多个串联谐振器1的第一压电薄膜结构11可以存在不同的厚度，多个并联谐振器2的第二压电薄膜结构21也可以存在不同的厚度，需要满足的是第一压电薄膜结构11的厚度小于第二压电薄膜结构21的厚度即可，具体厚度可以根据声表面波滤波器的实际情况和性能参数进行设置调节。

在一种可能的实施方式中，所述第一压电薄膜结构11和所述第二压电薄膜结构21的压电薄膜的材料铌酸锂(LiNbO₃)或钽酸锂(LiTaO₃)中的一种。所述第一压电薄膜结构11和所述第二压电薄膜结构21的压电薄膜的厚度小于1微米；所述压电薄膜的晶体切型为X切或Z切。

在一种可能的实施方式中，参考图2，所述第一压电薄膜结构11为压电薄膜，所述第二压电薄膜结构21为压电薄膜与介质层5形成的复合薄膜结构；所述第一压电薄膜结构11的压电薄膜厚度与所述第二压电薄膜结构21的压电薄膜厚度一致，所述第二压电薄膜结构21的介质层5厚度小于1微米；所述介质层5的材料为硅氧化物、氧化铝、硅氮化物或二氧化铪中的一种或者多种组合。

具体的，串联谐振器1的第一压电薄膜结构11为压电材料构成的单层或者多层压电薄膜层，并联谐振器2的第二压电薄膜结构21为压电材料和其他材料构成的压电薄膜层+介质层5复合薄膜结构，该实施方式中，第一压电薄膜结构11和第二压电薄膜结构21中压电材料构成的压电薄膜层厚度是一致的，均为h₁，实现第一压电薄膜结构11的厚度小于第二压电薄膜结构21的厚度的条件是第二压电薄膜结构21中的介质层5，在一个实施例中，所述介质层5可以设置在第二压电薄膜结构21中压电材料的上层，在另一个实施例中，所述介质层5也可以设置在第二压电薄膜结构21中压电材料的下层。所述介质层5为低声速介质层，低声速介质层的材料可以为硅氧化物、氧化铝、硅氮化物或二氧化铪中的一种或者多种组合，硅氧化物包括氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO₂)等，硅氮化物包括氮化硅(Si₃N₄)等。所述介质层5的厚度满足(h₂-h₁)，且介质层5厚度小于1微米，比如在一个实施例中，比如在一个实施例中，第一压电薄膜结构11和第二压电薄膜结构21中压电材料构成的压电薄膜层厚度为400纳米，第二压电薄膜结构21中介质层5的采用二氧化硅(SiO₂)，厚度为55纳米。通过上述实施方式，使串联谐振器1的第一压电薄膜结构11厚度h₁小于并联谐振器2的第二压电薄膜结构21厚度h₂，进而使得纵向泄露声表面波(LL-SAW)滤波器各谐振器h/λ差距较小，且均处于同一个优势区间，消除滤波器通带外存在杂散模式，改善滤波器的性能。

需要注意的是，本发明实施例中的低声速介质层的″低声速″是介质层5的声速相对于纵向泄露声表面波(LL-SAW)模式的声速(＞6000m/s)而言的，例如氧化铝(Al₂O₃)相对于纵向泄露声表面波(LL-SAW)模式是低声速介质材料，相对于水平剪切声表面波(SH-SAW)模式则是高声速介质材料。

在一种可能的实施方式中，所述第一压电薄膜结构11和所述第二压电薄膜结构21均为压电薄膜；所述第一压电薄膜结构11的压电薄膜厚度小于所述第二压电薄膜结构21的压电薄膜厚度。

具体的，第一压电薄膜结构11和第二压电薄膜结构21不设置介质层5，第一压电薄膜结构11和第二压电薄膜结构21均由压电材料构成的单层或者多层压电薄膜层，但第一压电薄膜结构11的压电薄膜厚度h₁小于所述第二压电薄膜结构21的压电薄膜厚度h₂，该实施方式可以理解为相对于传统的纵向泄露声表面波(LL-SAW)滤波器，减小串联谐振器1的第一压电薄膜结构11厚度，或者增大并联谐振器2的第二压电薄膜结构21厚度，或者同时减小串联谐振器1的第一压电薄膜结构11厚度且增大并联谐振器2的第二压电薄膜结构21厚度，在不同的实施例中均可实现，进而使得纵向泄露声表面波(LL-SAW)滤波器各谐振器h/λ差距较小，且均处于同一个优势区间，使得杂散模式被有效抑制，改善滤波器的性能。

在一种可能的实施方式中，参考图3，所述压电薄膜结构与所述支撑衬底4之间设有过渡层6，所述过渡层6的材料为硅氧化物、氧化铝、硅氮化物或二氧化铪中的一种或者多种组合。所述过渡层6的厚度小于1微米；所述过渡层6的材料为硅氧化物、氧化铝、硅氮化物或二氧化铪中的一种或者多种组合，其中，硅氧化物包括氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO₂)等，硅氮化物包括氮化硅(Si₃N₄)等。在不设置过渡层6的情况下，滤波器制作过程中，直接将压电薄膜覆盖在支撑衬底4上，可能导致产品良率低，而设置过渡层6能够起到缓冲作用，改善滤波器的产品良率；进一步的，通过设置过渡层6也可以改善器件性能，比如Q值和机电耦合系数，以及提高滤波器的温度稳定性。

在一种可能的实施方式中，所述支撑衬底4的材料为碳化硅或金刚石中的一种。具体的，本发明实施例中，支撑衬底4需采用极高声速晶体材料之一：碳化硅或金刚石，因为纵向泄露声表面波(LL-SAW)模式的声速较高，硅、石英等材料声速偏低，无法有效激发并约束纵向泄露声表面波(LL-SAW)模式的能量；而采用碳化硅或金刚石可以有效激发并约束纵向泄露声表面波(LL-SAW)模式。在其他实施例中，所述支撑衬底4亦可为布拉格多层膜结构与支撑衬底组成的复合衬底结构，其中布拉格多层膜结构由总层数大于2层的高、低声阻抗层交替堆叠组成，各层厚度小于器件波长，高声阻抗层材料可以为氮化铝、钨、铂、二氧化铪等，低声阻抗层材料可以为二氧化硅。

参考图4，其所示为本发明实施例的一种纵向泄露声表面波滤波器的谐振器单元俯视结构示意图。可以看出，各谐振器的电极阵列3包括平行排布的叉指电极阵列31和设于所述叉指电极阵列313两端的反射栅阵列32，电极阵列3的法线方向为声波的传播方向。在一种可能的实施方式中，所述电极阵列3的所述叉指电极阵列31和所述反射栅电极阵列3与所述电极阵列3的法线方向具有倾斜角；所述倾斜角的角度区间为[-20°，+20°]。比如在一个实施例中，倾斜角的角度设置为10°。通过将叉指电极阵列31和反射栅阵列32呈倾斜角设置在压电薄膜上，可以提高谐振器Q值，抑制并联谐振器2的杂散波模式。

在一种可能的实施方式中，本发明的纵向泄露声表面波滤波器还包括电感元件，所述电感元件与所述并联谐振器2串联连接。在并联支路上设置外部电感元件，对滤波器的电学性能进行进一步优化，并提升电路设计灵活性。具体的，对并联臂谐振器串联电感元件，那么该并联谐振器2的谐振频率会往低频侧移动，即谐振器机电耦合系数提升，则对应的滤波器带宽提升，电感元件设置数量和数值由具体设计需求所决定。在一个实施例中，参考图5，纵向泄露声表面波滤波器由3个串联谐振器1和2个并联谐振器2电学级联而成，其中1个并联谐振器2与电感元件串联连接。

为了进一步理解本发明的技术方案，下面通过具体实施例进行详细说明：

实施例1

纵向泄露声表面波滤波器，其串联谐振器1和并联谐振器2的第一压电薄膜结构11和第二压电薄膜结构21均为压电材料构成的压电薄膜层，压电薄膜层厚度基于单一的h＝400纳米的X切铌酸锂(LiNbO₃)，电极阵列3厚度为100纳米，支撑衬底4为碳化硅，串联谐振器1的波长λ₁为1.47微米，h₁/λ₁为27.2％；并联谐振器2的波长λ₂为1.65微米，h₂/λ₂为24.2％。由图6可知，由于串联谐振器1的h₁/λ₁较大，导致串联谐振器1的截止频率相对于反谐振频率较大，使得反谐振高频侧的杂散模式(5.25GHz附件的响应)频率低于截止频率点1，导致无法泄露，最终使得滤波器在阻带出现了对应的带外抑制恶化的问题；而并联谐振器2的h₂/λ₂较小，可以发现截止频率点2的频率低于高频侧杂散模式的频率，使得杂散模式被有效抑制。

故本实施例中保持并联谐振器2对应的器件参数不变(h₂/λ₂＝24.2％)，将串联谐振器1的压电薄膜层厚度进行调整从而调整h₁/λ₁，串联谐振器1的压电薄膜层厚度基于单一的h₁＝364纳米的X切铌酸锂(LiNbO₃)，波长λ₁为1.5微米，对应的h₁/λ₁为24.3％，可以看出，串联谐振器1的h₁/λ₁与并联谐振器2的h₂/λ₂接近，两者的差距为0.1％，不超过1.5％，且均处于β＜h₁/λ₁，h₂/λ₂，....＜(β+1.5％)，其中β满足16％＜β＜30.5％。参考图7，调整前后串联谐振器1的工作频率、机电耦合系数、导纳比几乎不变，但高频杂模得到有效抑制，串/并联谐振器2的性能接近，且所构建的纵向泄露声表面波滤波器的阻带响应得到了较大优化。

实施例2

纵向泄露声表面波滤波器，其串联谐振器1和并联谐振器2的第一压电薄膜结构11和第二压电薄膜结构21均为压电材料构成的压电薄膜层，压电薄膜层厚度基于单一的h＝400纳米的X切铌酸锂(LiNbO₃)，电极阵列3厚度为100纳米，支撑衬底4为碳化硅，串联谐振器1的波长λ₁为1.7微米，h₁/λ₁为23.5％；并联谐振器2的波长λ₂为2.1微米，h₂/λ₂为19.0％。由图8可知，串联谐振器1和并联谐振器2在反谐振点之后均不存在高频杂散模式，但由导纳和电导曲线可以看出λ＝2.1微米的并联谐振器2的截止频率距离其反谐振点过近，且导纳曲线和电导的″高度差″小，说明并联谐振器2Q值偏低，难以应用于滤波器。而串联谐振器1由于h/λ较大，则不存在上述问题。

故本实施例中保持串联谐振器1对应的器件参数不变(h₁/λ₁为23.5％)，将并联谐振器2的压电薄膜层厚度进行调整从而调整h₂/λ₂，并联谐振器2的压电薄膜层厚度基于单一的h₂＝455纳米的X切铌酸锂(LiNbO₃)，波长λ₂为2.03微米，对应的h₂/λ₂为22.4％，与串联谐振器1接近。由图9可以看出，相较于对比例，截止频率点2的频率大幅提升，且电导曲线部分降低，说明该谐振器在频率和带宽不变的前提下，Q值得到一定提升。

本发明实施例均针对于纵向泄露声表面波滤波器，即谐振器单元均激发纵向泄露声表面波(LL-SAW)模式。图10展示了3个不同波长的激发水平剪切声表面波(SH-SAW)模式的谐振器，压电薄膜结构为500纳米厚度的钽酸锂(LiTaO3)薄膜、支撑衬底4为500纳米厚度的二氧化硅-硅材料，对应的h/λ分别为20.8％，22.7％，25.0％，可以看出各谐振器的高频杂散模式并未收到影响，即截止频率点始终高于杂散模式，且水平剪切声表面波(SH-SAW)模式响应的Q值(导纳比或者电导)并未受到较大影响。由此说明，对于水平剪切声表面波(SH-SAW)模式，存在不同的h/λ影响不大，没有调整串/并联谐振器2的h/λ的必要性。因此，本发明是针对性解决纵向泄露声表面波滤波器所遇到的特定工程问题。

本发明针对纵向泄露声表面波滤波器，提出设置不同薄膜厚度的滤波器结构，通过减小串联谐振器1第一压电薄膜结构11的厚度，或者增加并联谐振器2第二压电薄膜结构21的厚度，使得串联谐振器1第一压电薄膜结构11的厚度小于并联谐振器2第二压电薄膜结构21的厚度，令纵向泄露声表面波滤波器中所有谐振器的h/λ处于一个优势区间，且各谐振器之间的h/λ差距较小，以此抑制纵向泄露声表面波滤波器通带外杂散模式，降低通带内损耗，提升滤波器性能。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纵向泄露声表面波滤波器，其特征在于，包括：

多个电学级联的谐振器，所述谐振器用于激发纵向泄露声表面波模式；每个所述谐振器包括支撑衬底、压电薄膜结构和电极阵列；所述电极阵列均包括平行排布的叉指电极阵列和设于所述叉指电极阵列两端的反射栅阵列；所述谐振器包括串联谐振器和并联谐振器，其中，

所述串联谐振器的波长小于所述并联谐振器的波长；所述串联谐振器的第一压电薄膜结构具有第一厚度；所述并联谐振器的第二压电薄膜结构具有第二厚度；

所述第一压电薄膜结构的所述第一厚度小于所述第二压电薄膜结构的所述第二厚度，以使所述串联谐振器的归一化膜厚与所述并联谐振器的归一化膜厚之间的差值在预设差值范围内；所述归一化膜厚表征所述谐振器的压电薄膜结构厚度与所述谐振器波长的比值。

2.根据权利要求1所述的纵向泄露声表面波滤波器，其特征在于，所述第一压电薄膜结构和所述第二压电薄膜结构为压电薄膜、或者压电薄膜与介质层形成的复合薄膜结构；所述纵向泄露声表面波滤波器中包括至少两种所述压电薄膜结构厚度。

3.根据权利要求2所述的纵向泄露声表面波滤波器，其特征在于，所述第一压电薄膜结构为压电薄膜，所述第二压电薄膜结构为压电薄膜与介质层形成的复合薄膜结构；

所述第一压电薄膜结构的压电薄膜厚度与所述第二压电薄膜结构的压电薄膜厚度一致，所述第二压电薄膜结构的介质层厚度小于1微米；所述介质层的材料为硅氧化物、氧化铝、硅氮化物或二氧化铪中的一种或者多种组合。

4.根据权利要求2所述的纵向泄露声表面波滤波器，其特征在于，所述第一压电薄膜结构和所述第二压电薄膜结构均为压电薄膜；所述第一压电薄膜结构的压电薄膜厚度小于所述第二压电薄膜结构的压电薄膜厚度。

5.根据权利要求1所述的纵向泄露声表面波滤波器，其特征在于，所述压电薄膜结构与所述支撑衬底之间设有过渡层，所述过渡层的材料为硅氧化物、氧化铝、硅氮化物或二氧化铪中的一种或者多种组合。

6.根据权利要求2至5任一项所述的纵向泄露声表面波滤波器，其特征在于，所述第一压电薄膜结构和所述第二压电薄膜结构的压电薄膜的材料为铌酸锂或钽酸锂中的一种。

7.根据权利要求2至5任一项所述的纵向泄露声表面波滤波器，其特征在于，所述第一压电薄膜结构和所述第二压电薄膜结构的压电薄膜的厚度小于1微米；所述压电薄膜的晶体切型为X切或Z切。

8.根据权利要求1所述的纵向泄露声表面波滤波器，其特征在于，所述支撑衬底的材料为碳化硅或金刚石中的一种。

9.根据权利要求1所述的纵向泄露声表面波滤波器，其特征在于，所述电极阵列的所述叉指电极阵列和所述反射栅电极阵列与所述电极阵列的法线方向具有倾斜角；所述倾斜角的角度区间为[-20°，+20°]。

10.根据权利要求1所述的纵向泄露声表面波滤波器，其特征在于，还包括电感元件，所述电感元件与所述并联谐振器级联或桥接。

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