CN116346080B - 一种声表面波滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种声表面波滤波器,涉及无源电学器件领域,包括多个电学级联的谐振器,所述谐振器包括串联谐振器和并联谐振器;其中,所述串联谐振器包括从下而上依次叠置的第一支撑衬底、第一压电薄膜和第一电极阵列;所述串联谐振器用于激发纵向泄露声表面波模式;所述并联谐振器包括从下而上依次叠置的第二支撑衬底、第二压电薄膜和第二电极阵列;所述并联谐振器用于激发水平剪切声表面波模式;所述第一电极阵列和所述第二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。本发明使得串联谐振器的线宽(电极周期)大幅提升,改善声表面波滤波器的功率耐受特性,即使在高频应用滤波器也不容易被击穿而失效。
Description
技术领域
本发明涉及无源电学器件领域,特别涉及一种声表面波滤波器。
背景技术
声表面波滤波器由串联谐振器和并联谐振器依次级联而成,其中串联谐振器频率高于并联谐振器,且串联谐振器的谐振频率需与并联谐振器的反谐振频率对齐。
器件的工作频率=声波声速/电极周期,声速固定的前提下,电极周期越小,则频率越高。现有技术中的声表面波滤波器均基于同一声波模式(SH-SAW或别的模式),声速一般为3500m/s左右,由于串联谐振器频率高于并联谐振器,因此串联谐振器的电极周期(线宽)必定小于并联谐振器。然而,在高频应用时,越小的线宽意味着声表面波滤波器在相同的输入功率下越容易被击穿而失效。
发明内容
为解决现有技术中声表面波滤波器在高频应用时存在的功率容量低的技术问题,本发明公开了一种声表面波滤波器,包括:
多个电学级联的谐振器,所述谐振器包括串联谐振器和并联谐振器;其中,
所述串联谐振器包括从下而上依次叠置的第一支撑衬底、第一压电薄膜和第一电极阵列;所述串联谐振器用于激发纵向泄露声表面波模式;
所述并联谐振器包括从下而上依次叠置的第二支撑衬底、第二压电薄膜和第二电极阵列;所述并联谐振器用于激发水平剪切声表面波模式;
所述第一电极阵列和所述第二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。
可选地,所述串联谐振器的欧拉角为(90°,90°,20°~60°),所述并联谐振器的欧拉角为(90°,90°,150°~190°)。
可选地,所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜的材料为铌酸锂或钽酸锂中的一种;所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜的厚度均小于1微米;所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜的晶体切型为X切,所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜的晶体欧拉角为(90°,90°,θ),其中,θ表示面内角度。
可选地,所述第一压电薄膜的厚度大于所述第二压电薄膜的厚度。
可选地,还包括介质层,所述介质层的厚度小于1微米;所述介质层的材料为硅氧化物、氧化铝、氮化铝、硅氮化物或二氧化铪中的一种或者多种组合。
可选地,所述介质层包括第一介质层,所述第一介质层设于所述第一压电薄膜上。
可选地,所述第一压电薄膜与所述第一支撑衬底之间,以及所述第二压电薄膜与所述第二支撑衬底之间设有过渡层,所述过渡层的厚度小于1微米;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,所述第一支撑衬底和所述第二支撑衬底的材料为碳化硅或金刚石中的一种;或者,
所述第一支撑衬底和所述第二支撑衬底为复合衬底结构,所述复合衬底结构包括布拉格多膜结构和支撑衬底。
可选地,所述串联谐振器的第一电极阵列厚度小于150纳米;所述并联谐振器的第二电极阵列厚度小于240纳米;
所述第一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第一电极阵列的法线方向具有第一倾斜角;所述第一倾斜角的角度区间为(-30°,+30°);
所述第二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第二电极阵列的法线方向具有第二倾斜角;所述第二倾斜角的角度区间为(-30°,+30°)。
可选地,还包括电容元件或电感元件,所述电容元件或电感元件与所述并联谐振器串联连接。
采用上述技术方案,本发明具有如下有益效果:
本发明提出的声表面波滤波器,采用双模式滤波器结构,即串联谐振器用于激发纵向泄露声表面波模式,并联谐振器用于激发水平剪切声表面波模式,由于纵向泄露声表面波模式的声速水平剪切声表面波模式的声速更高,因此串联谐振器的线宽(电极周期)大幅提升,改善声表面波滤波器的功率耐受特性,即使在高频应用时声表面波滤波器也不容易被击穿而失效。
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为现有技术中一种声表面波滤波器各个谐振器所承受的相对功率密度分布图;
图2为本发明实施例的一种声表面波滤波器的结构示意图;
图3为本发明实施例的一种声表面波滤波器激发不同模式的本征机电耦合系数和声速平面内分布图;
图4为本发明实施例的一种声表面波滤波器的谐振器单元截面结构示意图;
图5为本发明实施例的另一种声表面波滤波器的谐振器单元截面结构示意图;
图6为本发明实施例的另一种声表面波滤波器的谐振器单元截面结构示意图;
图7为本发明实施例的一种声表面波滤波器的谐振器单元俯视结构示意图;
图8为本发明实施例的一种声表面波滤波器的拓扑结构示意图;
图9为本发明实施例的一种声表面波滤波器的谐振器单元导纳变化示意图;
图10为本发明实施例的一种声表面波滤波器的S参数示意图。
以下对附图作补充说明:
1-串联谐振器;2-并联谐振器;3-支撑衬底;4-压电薄膜;41-第一压电薄膜;42-第二压电薄膜;5-电极阵列;51-叉指电极阵列;52-反射栅阵列;6-第一介质层;7-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含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含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,其中串联谐振器频率高于并联谐振器,且串联谐振器的谐振频率需与并联谐振器的反谐振频率对齐。现有技术中声表面波滤波器的谐振器单元均基于同一声波模式(水平剪切声表面波模式或别的模式),声速一般为3500m/s左右,由于声波谐振器的工作频率=声波声速/电极周期,声速固定的前提下,电极周期越小,频率越高,因此串联谐振器的电极周期(线宽)必定小于并联谐振器。然而,高频应用时,越小的线宽意味着声表面波滤波器功率容量越低,在相同的输入功率下越容易被击穿而失效。
参考图1,其所示为现有技术中一种声表面波滤波器各个谐振器所承受的相对功率密度分布图,该声表面波滤波器由3个串联谐振器和2个并联谐振器电学级联而成,可以看出,功率密度最大的三个谐振器为1/3/5号,均为串联谐振器,而传统的基于同一声波模式的声表面波滤波器中,串联谐振器的波长必然小于并联谐振器,这导致该滤波器在高功率下工作时,串联谐振器极易发生击穿和失效,因此,提高串联谐振器的器件线宽,对于滤波器整体功率容量的提升极为重要。
因此,本发明提出一种基于双模式的声表面波滤波器,其中,串联谐振器利用更高声速(约6000m/s)的纵向泄露声表面波(LL-SAW)模式,而并联谐振器仍是传统的水平剪切声表面波SH-SAW模式,这样可以使得串联谐振器的线宽(电极周期)大幅提升,且高于并联谐振器,以此改善声表面波滤波器在高频下的功率耐受特性。
本发明所提出的声表面波滤波器包括:
多个电学级联的谐振器,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包括从下而上依次叠置的第一支撑衬底、第一压电薄膜41和第一电极阵列;所述串联谐振器1用于激发纵向泄露声表面波模式;
所述并联谐振器2包括从下而上依次叠置的第二支撑衬底、第二压电薄膜42和第二电极阵列;所述并联谐振器2用于激发水平剪切声表面波模式;
所述第一电极阵列和所述第二电极阵列均包括平行排布的叉指电极阵列51和设于所述叉指电极阵列51两端的反射栅阵列52。
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1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2,其所示为本发明实施例的一种声表面波滤波器的结构示意图,该声表面波滤波器由4个串联谐振器1和3个并联谐振器2电学级联而成,为了激发不同的声学模式,串联谐振器1和并联谐振器2的面内方向欧拉角不同,在一种可能的实施方式中,串联谐振器1的欧拉角为(90°,90°,20°~60°),用于激发纵向泄露声表面波模式;并联谐振器2的欧拉角为(90°,90°,150°~190°),用于激发水平剪切声表面波模式。各串联谐振器1和并联谐振器2的面内方向欧拉角可各不相同,处于上述范围内即可,比如在一个实施例中,串联谐振器1的欧拉角为(90°,90°,55°),并联谐振器2的欧拉角为(90°,90°,178°)。通过上述方式可以改变串联谐振器1的电极周期,使得串联谐振器1的IDT(interdigital transducer叉指电极)周期λ1>并联谐振器2的IDT周期λ2。
需要注意,串联谐振器1不能用于激发水平剪切声表面波模式,且并联谐振器2不能用于激发纵向泄露声表面波模式,这样会导致串联谐振器1和并联谐振器2的电极周期相差更大,不能达到提升滤波器功率耐受性的目的。
这里对串联谐振器1和并联谐振器2的面内方向欧拉角的确定原则进行说明,具体的,可以从压电薄膜4中不同声学模式的本征机电耦合系数和声速分布图确定。在一个实施例中,针对X切的铌酸锂压电材料,参考图3,其所示为所述压电材料激发水平剪切声表面波模式(S H-SAW模式)和纵向泄露声表面波模式(LL-SAW模式)的本征机电耦合系数和声速平面内分布图。对于面内方向欧拉角的确定,一般需要目标模式的本征机电耦合系数大,而杂散模式(其它模式)的本征机电耦合系数小。因此,在本发明中,对于串联谐振器1选择纵向泄露声表面波模式(LL-SAW模式)作为目标模式,则选取II区所对应的面内方向,即20°~60°;而对于并联谐振器2选择水平剪切声表面波模式(SH-SAW模式)作为目标模式,则选取I区所对应的面内方向,即150°~190°(10°)。
进一步的,由图3的声速平面内分布图可以看出,纵向泄露声表面波模式(LL-SAW模式)的声速超过6000m/s,约为水平剪切声表面波模式(SH-SAW模式)的1.6倍,因此在相同工作频率下,串联谐振器1(激发LL-SAW模式)的电极周期是并联谐振器2(激发SH-SAW模式)的1.6倍,有利于滤波器功率耐受性的提升。不过需要注意的是,由于纵向泄露声表面波模式(LL-SAW模式)的本征机电耦合系数小于水平剪切声表面波模式(SH-SAW模式),在增加线宽的同时需要以降低滤波器带宽为代价。
参考图4,其所示为本发明实施例的一种声表面波滤波器的谐振器单元截面结构示意图,自下而上分别是支撑衬底3、压电薄膜4和电极阵列,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由第一支撑衬底、第一压电薄膜41和第一电极阵列组成,每个并联谐振器2由第二支撑衬底、第二压电薄膜42和第二电极阵列组成。
在一种可能的实施方式中,所述第一支撑衬底和所述第二支撑衬底的材料为碳化硅或金刚石中的一种;或者,所述第一支撑衬底和所述第二支撑衬底为复合衬底结构,所述复合衬底结构包括布拉格多层膜结构和支撑衬底3。
具体的,本发明实施例中,所述第一支撑衬底和所述第二支撑衬底需采用极高声速晶体材料之一:碳化硅或金刚石,因为硅、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模式。在其他实施例中,所述第一支撑衬底和所述第二支撑衬底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。
在一种可能的实施方式中,所述第一压电薄膜41和所述第二压电薄膜42的材料为铌酸锂(LiNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)中的一种;所述第一压电薄膜41和所述第二压电薄膜42的厚度均小于1微米;比如在一个实施例中,第一压电薄膜41和第二压电薄膜42的厚度为400纳米;所述第一压电薄膜41和所述第二压电薄膜42的晶体切型为X切,并且,所述第一压电薄膜41和所述第二压电薄膜42的晶体欧拉角为(90°,90°,θ),其中,θ表示面内角度。比如在一个实施例中,θ均选取90°,即第一压电薄膜41的和第二压电薄膜42的晶体欧拉角为(90°,90°,90°)。
进一步的,所述第一压电薄膜41和所述第二压电薄膜42的厚度可以为同一厚度,也可以为不同厚度,即串联谐振器1和并联谐振器2各自工作于不同的压电薄膜4厚度。在一种可能的实施方式中,在前述串联谐振器1和并联谐振器2为双声学模式的基础上(串联谐振器1激发纵向泄露声表面波模式,并联谐振器2激发水平剪切声表面波模式),所述第一压电薄膜41的厚度大于所述第二压电薄膜42的厚度。这样也使得串联谐振器1的线宽(电极周期)大于并联谐振器2的线宽(电极周期),从而改善声表面波滤波器的功率耐受特性。
参考图5,在另一种可能的实施方式中,声表面波滤波器还包括介质层,所述介质层的厚度小于1微米;所述介质层的材料为硅氧化物、氧化铝、氮化铝、硅氮化物或二氧化铪中的一种或者多种组合。其中,介质层包括第一介质层6,所述第一介质层6设于所述第一压电薄膜41上。也就是说,串联谐振器1的第一压电薄膜41的厚度与所述第二压电薄膜42的厚度一致,但在第一压电薄膜41上覆盖第一介质层6,使得串联谐振器1区域的薄膜厚度(第一压电薄膜41+第一介质层6)>并联谐振器2区域的第二压电薄膜42厚度,从而使得串联谐振器1的线宽(电极周期)大于并联谐振器2的线宽(电极周期)。
或者在其他实施方式中,也可以设置第一压电薄膜41的厚度大于所述第二压电薄膜42的厚度,并且在第一压电薄膜41上覆盖第一介质层6通过设置不同的薄膜厚度,可令串联谐振器1和并联谐振器2均获得较高的Q值和带宽,并抑制通带外的杂散模式。
参考图6,在一种可能的实施方式中,所述第一压电薄膜41与所述第一支撑衬底之间,以及所述第二压电薄膜42与所述第二支撑衬底之间设有过渡层7,所述过渡层7的厚度小于1微米;所述过渡层7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,硅氧化物比如为氧化硅、二氧化硅等;硅氮化物比如为氮化硅等。在不设置过渡层7的情况下,滤波器制作过程中,直接将压电薄膜4覆盖在支撑衬底3上,可能导致产品良率低,而设置过渡层7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7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。
参考图7,其所示为本发明实施例的一种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包括平行排布的叉指电极阵列51和设于所述叉指电极阵列51两端的反射栅阵列52,电极阵列的法线方向为声波的传播方向。在一种可能的实施方式中,所述串联谐振器1的第一电极阵列厚度小于150纳米;所述并联谐振器2的第二电极阵列厚度小于240纳米;所述第一电极阵列的所述叉指电极阵列51和所述反射栅电极阵列与所述第一电极阵列的法线方向具有第一倾斜角;所述第一倾斜角的角度区间为(-30°,+30°);所述第二电极阵列的所述叉指电极阵列51和所述反射栅电极阵列与所述第二电极阵列的法线方向具有第二倾斜角;所述第二倾斜角的角度区间为(-30°,+30°)。比如在一个实施例中,第一倾斜角和第二倾斜角的角度设置为10°。通过将叉指电极阵列51和反射栅阵列52呈倾斜角设置在压电薄膜4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,本发明的声表面波滤波器还包括电容元件或电感元件,所述电容元件或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容或电感元件,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,参考图8,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,声表面波滤波器由4个串联谐振器1和3个并联谐振器2电学级联而成,其中2个并联谐振器2与电容元件串联连接。
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
以7阶声表面波滤波器为例,该滤波器由4个串联谐振器1和3个并联谐振器2电学级联而成,串联谐振器1和并联谐振器2的支撑衬底3均采用碳化硅衬底结构,串联谐振器1的第一压电薄膜41和并联谐振器2的第二压电薄膜42基于400纳米厚度的X切铌酸锂薄膜,叉指电极阵列51为100纳米的铝。图9为本发明实施例的声表面波滤波器中串联谐振器1和并联谐振器2的仿真结果,串联谐振器1激发纵向泄露声表面波模式,对应的欧拉角为(90°,90°,55°),通过仿真结果得到叉指电极周期为1.614微米;并联谐振器2激发水平剪切声表面波模式,对应的欧拉角为(90°,90°,178°),通过仿真结果叉指电极周期为1.102微米。可以看出,串联谐振器1的工作频率大于并联谐振器2的工作频率,且串联谐振器1的叉指电极周期远大于并联谐振器2的叉指电极周期,达到了改善声表面波滤波器的功率耐受特性的目的,印证了本发明的先进性和优越性。图10为本发明实施例声表面波滤波器的S参数示意图,S11表征输入端口出反射回来的能量和进入到端口处的能量之比,S11越小,表示经过此端口处反射回来的能量就越小,端口处的阻抗就越匹配;S21表征输出端口接收到的能量与输入端口输入的能量之比,S21越大,表示经过此网络接收到的能量越多,端口就越匹配。图10所示的本实施例的声波滤波器仿真结果,体现了该声波滤波器高频大带宽的优越性能。
实施例2
实施例1中的声表面波滤波器,串联谐振器1激发纵向泄露声表面波模式,会出现串联谐振器1的机电耦合系数将偏低,且在高频一侧会出现杂散模式(4.8G Hz)的情况,故本实施例中对实施例1中的声表面波滤波器进行调整优化。以7阶声表面波滤波器为例,该滤波器由4个串联谐振器1和3个并联谐振器2电学级联而成,串联谐振器1和并联谐振器2的支撑衬底3均采用碳化硅衬底结构,串联谐振器1的第一压电薄膜41基于450纳米厚度的X切铌酸锂薄膜,并联谐振器2的第二压电薄膜42基于400纳米厚度的X切铌酸锂薄膜,叉指电极阵列51为100纳米的铝,本实施例通过对串联谐振器1和并联谐振器2设置不同的压电薄膜4厚度进行进一步优化,尽可能消除高频一侧的杂散模式。
本发明提出的声表面波滤波器,采用双模式滤波器结构,即串联谐振器1用于激发纵向泄露声表面波模式,并联谐振器2用于激发水平剪切声表面波模式,由于纵向泄露声表面波模式的声速水平剪切声表面波模式的声速更高,因此串联谐振器1的线宽(电极周期)大幅提升,改善声表面波滤波器的功率耐受特性,即使在高频应用时声表面波滤波器也不容易被击穿而失效。
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,所述谐振器包括串联谐振器和并联谐振器;其中,
所述串联谐振器包括从下而上依次叠置的第一支撑衬底、第一压电薄膜和第一电极阵列;所述串联谐振器用于激发纵向泄漏声表面波模式;
所述并联谐振器包括从下而上依次叠置的第二支撑衬底、第二压电薄膜和第二电极阵列;所述并联谐振器用于激发水平剪切声表面波模式;所述串联谐振器的电极周期大于所述并联谐振器的电极周期;
所述第一电极阵列和所述第二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。
2.根据权利要求1所述的声表面波滤波器,其特征在于,所述串联谐振器的欧拉角为(90°,90°,20°~60°),所述并联谐振器的欧拉角为(90°,90°,150°~190°)。
3.根据权利要求1所述的声表面波滤波器,其特征在于,所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜的材料为铌酸锂或钽酸锂中的一种;所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜的厚度均小于1微米;所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜的晶体切型为X切,所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜的晶体欧拉角为(90°,90°,θ),其中,θ表示面内角度。
4.根据权利要求3所述的声表面波滤波器,其特征在于,所述第一压电薄膜的厚度大于所述第二压电薄膜的厚度。
5.根据权利要求1所述的声表面波滤波器,其特征在于,还包括介质层,所述介质层的厚度小于1微米;所述介质层的材料为硅氧化物、氧化铝、氮化铝、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5所述的声表面波滤波器,其特征在于,所述介质层包括第一介质层,所述第一介质层设于所述第一压电薄膜上。
7.根据权利要求1所述的声表面波滤波器,其特征在于,所述第一压电薄膜与所述第一支撑衬底之间,以及所述第二压电薄膜与所述第二支撑衬底之间设有过渡层,所述过渡层的厚度小于1微米;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。
8.根据权利要求1所述的声表面波滤波器,其特征在于,所述第一支撑衬底和所述第二支撑衬底的材料为碳化硅或金刚石中的一种;或者,
所述第一支撑衬底和所述第二支撑衬底为复合衬底结构,所述复合衬底结构包括布拉格多层膜结构和支撑衬底。
9.根据权利要求1所述的声表面波滤波器,其特征在于,所述串联谐振器的第一电极阵列厚度小于150纳米;所述并联谐振器的第二电极阵列厚度小于240纳米;
所述第一电极阵列的所述叉指电极阵列和所述反射栅阵列与所述第一电极阵列的法线方向具有第一倾斜角;所述第一倾斜角的角度区间为(-30°,+30°);
所述第二电极阵列的所述叉指电极阵列和所述反射栅阵列与所述第二电极阵列的法线方向具有第二倾斜角;所述第二倾斜角的角度区间为(-30°,+30°)。
10.根据权利要求1所述的声表面波滤波器,其特征在于,还包括电容元件或电感元件,所述电容元件或电感元件与所述并联谐振器串联连接。
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Citations (3)
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WO2020025182A1 (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | RF360 Europe GmbH | Radio frequency filter |
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JP2011004252A (ja) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Sony Corp | 共振器およびその製造方法、発振器ならびに電子機器 |
US10193524B2 (en) * | 2015-10-21 | 2019-01-29 | Qorvo Us, Inc. | Resonator structure with enhanced reflection of shear and longitudinal modes of acoustic vibrations |
US10601398B2 (en) * | 2018-04-13 | 2020-03-24 | Qorvo Us, Inc. | BAW structure having multiple BAW transducers over a common reflector, which has reflector layers of varying thicknesses |
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Patent Citations (3)
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---|---|---|---|---|
WO2020025182A1 (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | RF360 Europe GmbH | Radio frequency filter |
CN115001438A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-02 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种纵向泄漏声表面波谐振器的结构及滤波器 |
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