DE102016109829A1

DE102016109829A1 - Akustischer Resonator-Aufbau mit einer Mehrzahl von Kontakten an Verbindungsseiten

Info

Publication number: DE102016109829A1
Application number: DE102016109829.9A
Authority: DE
Inventors: Paul Bradley; Robert Thalhammer; Thomas Faust
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2036-05-28
Also published as: US20160352306A1; US10084425B2; DE102016109829B4

Abstract

Ein akustischer Resonator umfasst eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die eine Mehrzahl von Seiten aufweist. Mindestens eine der Seiten der zweiten Elektrode umfasst einen auskragenden Abschnitt. Eine piezoelektrische Schicht ist zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet. Eine Brücke ist angrenzend an eine der Seiten der zweiten Elektrode angeordnet.

Description

HINTERGRUND
In vielen elektrischen Anwendungen werden elektrische Resonatoren verwendet. In vielen drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen werden beispielsweise Radiofrequenz (RF) und Mikrowellenfrequenz-Resonatoren als Filter verwendet, um den Empfang und die Übertragung von Signalen zu verbessern. Filter umfassen typischerweise Induktivitäten und Kapazitäten, und seit kurzem auch Resonatoren.
So wie das gewertschätzt werden wird, ist es wünschenswert, die Größe der Komponenten der elektronischen Vorrichtungen zu verringern. Viele bekannte Filtertechnologien stellen eine Barriere für die Miniaturisierung des Gesamtsystems dar. Mit dem Bedarf, die Komponentengröße zu verringern, ist eine Klasse von Resonatoren aufgetaucht, die auf dem piezoelektrischen Effekt beruhen. In auf den piezoelektrischen Effekt beruhenden Resonatoren werden in dem piezoelektrischen Material akustische resonante Moden erzeugt. Diese akustischen Wellen werden in elektrische Wellen umgewandelt zur Verwendung in elektrischen Anwendungen.
Vielfältige Arten von Filtern verwenden mechanische Resonatoren, wie etwa akustische Volumenwellen(BAW, bulk acoustic wave)-Resonatoren, einschließlich akustische Dünnschicht-Resonatoren (FBARs, film bulk acoustic resonators) und festmontierte Resonatoren (SMRs, solidly mounted resonators) oder akustische Oberflächenwellen(SAW, surface acoustic wave)-Resonatoren. Die Resonatoren wandeln elektrische Signale in mechanische Signale oder Vibrationen, und/oder mechanische Signale oder Vibrationen in elektrische Signale um. Ein BAW-Resonator beispielsweise ist eine akustische Vorrichtung, die einen Stapel umfasst, der allgemein eine Schicht von piezoelektrischem Material zwischen zwei Elektroden aufweist. Akustische Wellen erzielen eine Resonanz über dem akustischen Stapel, wobei die Resonanzfrequenz der Wellen durch die Materialien in dem akustischen Stapel und die Dicke von jeder Schicht (z.B. piezoelektrische Schicht und Elektrodenschichten) bestimmt ist.
In gewünschter Weise regt der BAW-Resonator nur die Dickenausdehnungs(TE, thickness-extensional)-Moden an, welche longitudinale mechanische Wellen sind, die Ausbreitungs (k)-Vektoren in der Richtung der Ausbreitung aufweisen. Die TE-Moden breiten sich in gewünschter Weise in der Richtung der Dicke (z.B. in z-Richtung) der piezoelektrischen Schicht aus.
Allgemein ist die wichtigste Schwingungsmode für Radiofrequenz(RF)-Filteranwendungen die TE-Mode, die parallel zu einem elektrischen Feld oder senkrecht zu der Oberfläche des BAW-Resonators ist. Die longitudinale Mode wird aktiviert, indem eine elektrische Spannung über dem BAW-Resonator und damit das elektrische Feld über polarisierten Ladungen (d.h. Dipole, die aus positiven und negativen geladenen Ionen in einer AlN-Schicht bestehen) verändert wird, was zu einer Zusammenziehung und einer Ausdehnung in Abhängigkeit von der Richtung des elektrischen Feldes führt. Bei einer bestimmten Frequenz ist die Schwingung der Dipole in Phase mit dem elektrischen Feld, wo die Serienresonanz (oder Reihenresonanz) auftritt, und ihre entsprechende Frequenz wird Serienresonanz-Frequenz (Fs) genannt. Wo die Vibration vollständig außer Phase mit dem elektrischen Feld ist (d.h. 180° Phasenunterschied zwischen den Phasen der Schwingung und des elektrischen Feldes), erreicht der Resonator die Parallelresonanz, und ihre entsprechende Frequenz wird Parallelresonanz-Frequenz (Fp) genannt.
In bekannten BAW-Resonatoren verschlechtert ein Verlust von akustischer Energie an den Grenzflächen des BAW-Resonators letztendlich die elektrische Leistungsfähigkeit (oder Performanz) des BAW-Resonators und von Vorrichtungen, die derartige BAW-Resonatoren umfassen.
Was somit benötigt wird, ist ein BAW-Resonator, der zumindest die oben beschriebenen Nachteile von bekannten BAW-Resonatoren überwindet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die veranschaulichenden Ausführungsformen werden am besten aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn diese zusammen mit den beigefügten Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen für Zwecke der Darstellung willkürlich vergrößert oder verkleinert werden. Wo immer dies anwendbar und praktikabel ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
1A ist eine Aufsicht auf einen BAW-Resonator-Aufbau gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
1B ist eine Querschnittsansicht des in 1A dargestellten BAW-Resonator-Aufbaus.
1C ist eine Querschnittsansicht des in 1A gezeigten BAW-Resonator-Aufbaus.
2A ist eine Aufsicht auf einen BAW-Resonator-Aufbau gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
2B ist eine Querschnittsansicht des in 2A gezeigten BAW-Resonator-Aufbaus.
3A ist eine Aufsicht eines BAW-Resonator-Aufbaus gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
3B ist eine Querschnittsansicht des in 3A gezeigten BAW-Resonator-Aufbaus.
4 zeigt ein vereinfachtes schematisches Schaubild eines elektrischen Filters gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der nachfolgenden ausführliche Beschreibung sind für Zwecke der Erläuterung und nicht zur Beschränkung spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein gründliches Verständnis von veranschaulichenden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Es wird jedoch für einen Fachmann in dem technischen Fachgebiet, der den Vorteil der vorliegenden Offenbarung gehabt hat, offensichtlich werden, dass andere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Lehren, die von den hierin offenbarten, spezifischen Einzelheiten abweichen, innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche bleiben. Des Weiteren können Beschreibungen von wohl bekannten Vorrichtungen und Verfahren ausgelassen sein, um die Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen nicht zu verschleiern. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind offensichtlich innerhalb des Umfangs der vorliegenden Lehren.
Es sollte verstanden werden, dass die hierin verwendete Terminologie lediglich für Zwecke der Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen ist und nicht dazu gedacht ist, begrenzend zu sein. Alle definierten Ausdrücke sind zusätzlich zu den technischen und wissenschaftlichen Bedeutungen der definierten Ausdrücke, so wie diese allgemein verstanden und in dem technischen Gebiet der vorliegenden Lehren akzeptiert sind.
So wie diese in der Beschreibung und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet werden, umfassen die Ausdrücke „ein“, „eine“ und „der/die/das“ sowohl einzelne als auch mehrere Verweisobjekte, es sei denn, dass der Zusammenhang dies offensichtlich anderweitig vorgibt. Somit umfasst beispielsweise „eine Vorrichtung“ eine Vorrichtung und mehrere Vorrichtungen.
So wie diese in der Beschreibung und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet werden, und zusätzlich zu ihren normalen Bedeutungen, bedeuten die Ausdrücke „wesentlich“ oder „im Wesentlichen“, dass etwas in akzeptablen Begrenzungen oder Graden ist. Beispielsweise bedeutet „im Wesentlichen ausgelassen“, dass ein Fachmann die Streichung als akzeptabel ansehen würde.
So wie dies in der Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird und zusätzlich zu seiner normalen Bedeutung bedeutet der Ausdruck „näherungsweise“, dass etwas innerhalb einer akzeptablen Begrenzung oder Menge für einen Fachmann in dem technischen Fachgebiet ist. Beispielsweise bedeutet „näherungsweise dasselbe“, dass ein Fachmann in dem technischen Fachgebiet die Gegenstände, die verglichen werden, als dieselben seiend betrachtet würde.
Relative Ausdrücke, wie etwa „über“, „unter“, „oberer“, „unterer“, „oberseitiger“ und „unterseitiger“ können verwendet werden, um die Beziehungen von verschiedenen Elemente zueinander zu beschreiben so wie dies in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist. Es ist beabsichtigt, dass diese relativen Ausdrücke verschiedene Orientierungen der Vorrichtungen und/oder Elemente zusätzlich zu der in den Zeichnungen gezeigten Orientierung umfassen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in Bezug zu der Ansicht in den Zeichnungen invertiert wäre, dann wäre ein Element, das als „über“ einem anderen Element beschrieben ist, nun beispielsweise „unter“ dem Element. Gleichermaßen, wenn die Vorrichtung um 90° in Bezug zu der Ansicht in den Zeichnungen gedreht wäre, würde ein Element, das als „über“ oder „unter“ einem anderen Element beschrieben ist, nun „neben“ (oder benachbart zu) einem anderen Element sein, wobei „benachbart“ bedeutet, entweder an dem anderen Element anstoßend oder eine oder mehrere Schichten, Materialien, Strukturen, usw. zwischen den Elementen aufweisend.
Allgemein ist die Einsperrung (confinement) der akustischen Energie an der Verbindungsseite (den Verbindungsseiten) eines BAW-Resonators verschieden von der Einsperrung der akustischen Energie an der Nicht-Verbindungsseite (den Nicht-Verbindungsseiten) des BAW-Resonators. Wenn die Begrenzung an den Verbindungsseiten besser als an den Nicht-Verbindungsseiten ist, könnte die Energieeinsperrung an den Nicht-Verbindungsseiten verbessert werden, indem zusätzliche Verbindungsstrukturen bereitgestellt werden, was die Länge der Nicht-Verbindungsseiten verringert, die nicht notwendigerweise elektrisch verbunden sind. Der Umfang der vorliegenden Lehren richtet sich auf den entgegengesetzten Fall: Insbesondere nehmen die vorliegenden Lehren an, dass akustische Verluste an der Verbindungsseite (den Verbindungsseiten) größer als die akustischen Verluste an der Nicht-Verbindungsseite (den Nicht-Verbindungsseiten) der BAW-Resonatoren der repräsentativen Ausführungsformen sind. Gemäß unten beschriebener repräsentativer Ausführungsformen werden BAW-Resonator-Aufbauten (oder -Strukturen) bereitgestellt, die mehrere Verbindungen an einer Verbindungsseite des BAW-Resonators aufweisen, die beispielsweise Verbesserungen der akustischen Leistungsfähigkeit bereitstellen im Vergleich zu BAW-Resonatoren mit einer einzelnen Verbindung, die sich entlang der gesamten Länge der Verbindungsseite erstreckt. Die akustischen Resonator-Aufbauten, die in den Vorrichtungen der vorliegenden Lehren nützlich sind, umfassen BAW-Resonatoren, einschließlich FBARs oder SMRs, obwohl die vorliegenden Lehren auch die Verwendung von akustischen Oberflächenwellen(SAW, surface acoustic wave)-Resonatoren vorsehen. Wenn sie in einer ausgewählten Topologie verbunden sind, kann eine Mehrzahl der Resonatoren als ein elektrisches Filter arbeiten. Beispielsweise können die akustischen Resonatoren in einer Leiterfilter- oder Gitterfilteranordnung angeordnet sein, so wie das in dem US-Patent 5,910,756 an Ella und in dem US-Patent 6,262,637 an Bradley et al. beschrieben ist, deren Offenbarungen hierin durch Verweis spezifisch aufgenommen werden. Die elektrischen Filter können in einer Anzahl von Anwendungen verwendet werden, wie etwa in Duplexern (Diplexern, Triplexern, Quadplexern, Quintplexern, usw.).
Eine Vielfalt von Vorrichtungen, Aufbauten davon, Materialien und Herstellungsverfahren sind für die BAW-Resonatoren der Vorrichtungen der vorliegenden Lehren vorgesehen. Viele Einzelheiten von derartigen Vorrichtungen und entsprechenden Herstellungsverfahren können beispielsweise in einer oder mehreren der folgenden US-Patent-Veröffentlichungen gefunden werden: US-Patent Nr. 6,107,721 an Lakin; US-Patente Nrn. 5,587,620 , 5,873,153 , 6,507,983 , 7,388,454 , 7,629,865 , 7,714,684 an Ruby et al.; US-Patente Nrn. 7,791,434 , 8,188,810 und 8,230,562 an Fazzio et al.; US-Patent Nr. 7,280,007 an Feng et al.; US-Patente Nrn. 8,248,185 und 8,902,023 an Choy et al.; US-Patent Nr. 7,345,410 an Grannen et al.; US-Patent Nr. 6,828,713 an Bradley et al.; US-Patent Nr. 7,561,009 an Larson et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2012/0326807 an Choy et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschriften Nrn. 2011/0180391 und 2012/0177816 an Larson III et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2007/0205850 an Jamneala et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2011/0266925 an Ruby et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2013/0015747 an Ruby et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2013/0049545 an Zou et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2014/0225682 an Burak et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2014/0132117 an John L. Larson III; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschriften Nrn. 2014/0118090 und 2014/0354109; und US-Patentanmeldung Nr. 14/191,771 mit dem Titel „Bulk Acoustic Wave Resonator having Doped Piezoelectric Layer“ („Akustischer Volumenwellen-Resonator mit dotierter piezoelektrischer Schicht“) an Feng et al. und eingereicht am 27. Februar 2014. Die gesamte Offenbarung von jedem dieser Patente, Patentanmeldungsoffenlegungsschriften und der Patentanmeldung, die oben genannt sind, werden hiermit durch Verweis hierin spezifisch aufgenommen. Es wird betont, dass die Komponenten, Materialien und Herstellungsverfahren, die in diesen Patenten und Patentanmeldungen beschrieben sind, repräsentativ sind, und dass ebenso andere Herstellungsverfahren und Materialien innerhalb der Übersicht von einem Fachmann in dem technischen Fachgebiet vorgesehen sind.
Mit Verweis auf 1A wird eine Aufsicht eines BAW-Resonator-Aufbaus 100“ gezeigt. So wie das von einem Fachmann in dem technischen Gebiet gewertschätzt werden wird, kann der BAW-Resonator-Aufbau 100“ eine Komponente von einer Vorrichtung (z.B. einem Filter) sein, die in einem elektrischen Gerät (z.B. einem Sender-Empfänger (oder Transceiver)) verwendet wird. Der BAW-Resonator-Aufbau umfasst einen ersten BAW-Resonator 100, der mit einem zweiten BAW-Resonator 100‘ elektrisch verbunden ist. Es wird betont, dass der erste und der zweite BAW-Resonator 100, 100‘ lediglich veranschaulichende Beispiele von BAW-Resonatoren sind, die von den vorliegenden Lehren dazu vorgesehen sind, gemäß der hierin beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen verbunden zu werden; und sind folglich nicht dazu gedacht, den Umfang der vorliegenden Lehren zu beschränken. Alternativ ist eine Vielfalt von bekannten BAW-Resonator-Aufbauten zur Verwendung im Zusammenhang mit den vorliegenden Lehren vorgesehen. Einige dieser alternativen BAW-Resonator-Aufbauten sind in den oben genannten Patenten, Patentanmeldungsoffenlegungsschriften und Patentanmeldungen beschrieben. Andere BAW-Resonator-Aufbauten, wie etwa gekoppelte Resonatorfilter (CRFs, coupled resonator filters), akustische Doppelvolumen-Resonatoren (DBAR, double bulk acoustic resonators), gestapelte akustische Volumen-Resonatoren (SBAR, stacked bulk acoustic resonators) und andere innerhalb der Übersicht eines Fachmanns in dem technischen Gebiet sind zur Verwendung im Zusammenhang mit den hierin beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen vorgesehen.
Der erste und der zweite BAW-Resonator 100, 100‘ sind über einem gemeinsamen Substrat 101 angeordnet und jeder umfasst eine untere Elektrode 102 (in 1A nicht gezeigt), die unter einer piezoelektrischen Schicht 103 und einer oberen Elektrode 104 angeordnet ist. So wie das deutlicher wird, wenn die vorliegende Beschreibung fortgesetzt wird, umfasst das Substrat 101 ein Material, das nicht nur änderbar für bekannte Mikrofabrikations- und Halbleiter-Bearbeitungsverfahren ist. Allgemein umfasst das Substrat 101 Silizium (d.h. polykristallin oder monokristallin), jedoch sind auch andere Materialien, wie etwa Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid (InP), vorgesehen.
Der erste und der zweite BAW-Resonator 100, 100‘ umfassen jeweils zur Veranschaulichung einen auskragenden Abschnitt 106 der oberen Elektrode 104, der an mindestens einer Seite der oberen Elektrode 104 bereitgestellt ist. Die Nicht-Verbindungsseiten des ersten und des zweiten BAW-Resonators 100, 100‘ können auch andere Strukturen umfassen, die zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des zweiten BAW-Resonators 100‘ nützlich sind (z.B. ein angehobenes oder zurückgesetztes Rahmenelement, oder beide, die benachbart zu dem Umkreis der aktiven Fläche 110 angeordnet sind), und zur Verwendung zusätzlich zu, oder anstelle von, dem auskragenden Abschnitt 106 vorgesehen sind.
Jede obere Elektrode 104 umfasst eine Verbindungsseite 112 und Nicht-Verbindungsseiten 114. In einer repräsentativen Ausführungsform sind auskragende Abschnitte 106 entlang von jeder Nicht-Verbindungsseite 114 vorgesehen und weisen dieselbe Breite auf. Eine Mehrzahl von elektrischen Verbindungen 113 ist zwischen den entsprechenden Verbindungsseiten 112 des ersten und des zweiten BAW-Resonators 100, 100‘ bereitgestellt. Die Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 umfassen jeweils typischerweise dasselbe Material und weisen dieselbe Dicke wie die obere Elektrode 104 auf. Des Weiteren und wie in 1A gezeigt, sind auskragende Abschnitte 106‘ entlang der Verbindungsseite 112 angeordnet, wobei ein auskragender Abschnitt 106‘ zwischen benachbarten elektrischen Verbindungen 113 angeordnet ist und anderenfalls entlang der Länge der Verbindungsseite, wo elektrische Verbindungen 113 nicht angeordnet sind. Diese auskragenden Abschnitte 106‘, die eine Breite aufweisen, die im Wesentlichen gleich dem Zwischenraum (spacing) (s) ist, sind durch dasselbe Verfahren und dieselbe Abfolge ausgebildet, die verwendet werden, um die auskragenden Abschnitte 106 entlang der Nicht-Verbindungsseiten herzustellen. Die auskragenden Abschnitte 106‘ werden zur Verbesserung der akustischen Leistungsfähigkeit des ersten und des zweiten BAW-Resonators 100, 100‘ in derselben Weise verwendet wie die auskragenden Abschnitte 106.
Insbesondere ist die Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 entlang einer Länge (L) von jeder der Verbindungsseiten angeordnet. So wie dies unten vollständiger beschrieben wird, sind Verbesserungen der elektrischen Leistungsfähigkeit des ersten und des zweiten BAW-Resonators 100, 100‘ durch die vorliegenden Lehren realisiert, indem eine elektrische Verbindung, die sich entlang der gesamten Länge (L) erstreckt, durch die Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113, die eine Breite (w, width) aufweisen, im Wesentlichen kleiner als die Länge (L) ist. Die Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 sind durch einen Zwischenraum (s) voneinander beabstandet. Der Zwischenraum (s) zwischen jeder von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 kann größer als, kleiner als oder im Wesentlichen gleich wie die Breite (w) sein. Des Weiteren weist jede von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 eine Länge (l) auf, die in vorteilhafter Weise vergleichsweise klein ist, um parasitäre Effekte (z.B. Induktanz, Widerstand) zu verringern. Allgemein ist die Länge (l) der elektrischen Verbindungen ausgewählt, um parasitäre Effekte zu minimieren und um den ersten und den zweiten BAW-Resonator 100, 100‘ vergleichsweise dicht beieinander zu erhalten, um den Grundriss (footprint) der Vorrichtung, die den ersten und den zweiten BAW-Resonator 100, 100‘ umfasst, zu verringern.
Die Summe der Breiten (w) der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 wird häufig als ein Prozentsatz der Summe der Längen der Seiten der oberen Elektrode 104 oder als ein Prozentsatz von ihrem Umfang beschrieben. Während die Breite (w) von jeder von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 dieselbe sein kann, ist dies nicht notwendigerweise der Fall. Des Weiteren, obwohl der Zwischenraum (s) zwischen jeder elektrischen Verbindung 113 derselbe sein kann, ist dies nicht wesentlich. Schließlich und so wie das unten vollständiger beschrieben wird, ist die Anzahl der elektrischen Verbindungen 113 nicht auf die gezeigten vier elektrischen Verbindungen 113 beschränkt.
So wie dies bekannt ist, ist die grundlegende Mode des ersten und des zweiten BAW-Resonators 100, 100‘ die longitudinale Ausdehnungsmode oder „Kolben“-Mode. Diese Mode wird durch das Anlegen einer zeitlich variierenden Spannung an den zwei Elektroden bei der Resonanzfrequenz des ersten und des zweiten BAW-Resonators 100, 100‘ angeregt. Das piezoelektrische Material wandelt Energie in der Form von elektrischer Energie in mechanische Energie um. In einem idealen FBAR, der infinitesimal dünne Elektroden aufweist, tritt Resonanz auf, wenn die angelegte Frequenz gleich der Schallgeschwindigkeit des piezoelektrischen Mediums geteilt durch zweimal die Dicke des piezoelektrischen Mediums ist: f = v_ac/(2·T), wobei T die Dicke des piezoelektrischen Mediums und v_ac die akustische Phasengeschwindigkeit ist. Für Resonatoren mit endlich dicken Elektroden wird diese Gleichung modifiziert durch die gewichteten akustischen Geschwindigkeiten und die Dicken der Elektroden.
Ein quantitatives und qualitatives Verständnis des Qualitätsfaktors (Q) eines Resonators kann erhalten werden, indem auf einem Smith-Diagramm (Smith Chart) das Verhältnis der reflektierten Energie zu der beaufschlagten Energie gezeichnet wird, wenn die Frequenz variiert wird, für den Fall, in dem eine Elektrode mit Masse verbunden ist und eine andere mit einem Signal, für einen FBAR-Resonator mit einer Impedanz, die gleich der Systemimpedanz bei der Resonanzfrequenz ist. Wenn die Frequenz der beaufschlagten Energie vergrößert wird, überstreicht in dem Smith-Diagramm der Betrag/die Phase des FBAR-Resonators einen Kreis. Dies wird als der Q-Kreis bezeichnet. Wo der Q-Kreis zuerst die reelle Achse (horizontale Achse) kreuzt (oder schneidet), entspricht dies der Serienresonanz-Frequenz F_S. Die reale Impedanz (die in Ohm gemessen wird) ist R_S. Wenn der Q-Kreis um den Umfang des Smith-Diagramms fortgesetzt wird, schneidet er die reale Achse erneut. Der zweite Punkt, an dem der Q-Kreis die reale Achse schneidet, wird als F_P bezeichnet, die parallele oder anti-resonante Frequenz des FBARs. Die reale Impedanz bei F_P ist R_P.
Häufig ist es wünschenswert, R_s zu minimieren, während Rp maximiert wird. Zu diesem Zweck kann ein BAW-Resonator unter Verwendung eines modifizierten Butterworth-Van Dyke-Modells (MBVD-Modell) modelliert werden. Die Frequenzantwort dieses Modells ist eine Durchlassband-Antwort, wobei die Frequenzantwort für Frequenzen unterhalb des Durchlassbands durch die Kapazitäten Cm und Co abgeschwächt wird, und wobei die Frequenzantwort für Frequenzen oberhalb des Durchlassbands durch eine Induktivität Lm abgeschwächt wird. Bei der Serienresonanz F_S kann der BAW-Resonator durch eine Serienresonanz-Kombination von einer Induktivität Lm und einer Kapazität Cm in Serie mit einem parasitären Widerstand R_S modelliert werden. Bei der Parallelresonanz kann der BAW-Resonator durch eine Parallelresonanz-Kombination von einer Induktivität Lm und einer Kapazität Co parallel mit einem parasitären Widerstand R_P modelliert werden. Die Widerstände R_S und R_P stellen verschiedene Wärmeverluste und akustische Verluste innerhalb des akustischen Resonators dar.
Bei der Serienresonanz Fs verhält sich der BAW-Resonator wie ein Kurzschluss, so dass irgendeine kleine angelegte Spannung an dem Resonator zu einem großen Strom führt (weil Dipole in Phase mit dem elektrischen Feld in Resonanz sind). Der einzige beschränkende Faktor für diesen Strom ist der Verlust in dem Schaltkreis, der phänomenologisch durch R_s beschrieben wird. Die in diesem Modell abgeführte Joule-Erwärmung ist R_s·Strom², folglich gilt, je kleiner der Wert R_S, desto kleiner der Verlust, desto größer das Q_S. Vereinfacht ausgedrückt ist es also vorteilhaft, einen Wert für R_S bereitzustellen, der so niedrig wie möglich ist.
Bei der Parallelresonanz sind beide Zweige des MBVD-Modells in Resonanz (folglich Parallelresonanz). Physikalisch gesehen gleicht der kapazitive Strom den piezoelektrischen Strom aus, somit scheint es, dass es für irgendeine angelegte Spannung an dem Schaltkreis keinen Stromfluss nach außen gibt: Somit erscheint der Schaltkreis offen zu sein. Weil jedoch stets Verluste vorhanden sind, gibt es stets einen Verlust durch Joule-Erwärmung, der gegeben ist durch V²/R_p. Folglich gilt: je größer der Wert Rp (bessere oder idealere Auslöschung des piezoelektrischen und des kapazitiven Stroms), desto größer das Q_P. Auf dem Niveau des Schaltkreises ist bei der Parallelresonanz Q_p gegeben durch: Q_P = R_P·sqrt(C/L). Hierbei ist mit „sqrt“ die Funktion „Quadratwurzel von“ gemeint.
Eine Senke, oder eine Quelle von Verlusten, der lateralen Moden und wahrscheinlich von einiger Energie aus den longitudinalen Moden in einem bekannten BAW-Resonator tritt an einer elektrischen Verbindung zu dem BAW-Resonator an der Verbindungsseite 112 auf. Diese Verluste sind direkt proportional zu der Länge der elektrischen Verbindung an der Verbindungsseite 112. In bekannten BAW-Resonatoren erstreckt sich die elektrische Verbindung an der Verbindungsseite 112 entlang der gesamten Länge der Verbindungsseite. Insbesondere stellt die Verbindungsseite des BAW-Resonators notwendigerweise eine elektrische Verbindung mit einer externen Komponente (z.B. einem benachbarten BAW-Resonator) bereit. Die Senke der akustischen Energie, die durch die akustische Verbindung bereitgestellt ist, rührt her von einer nicht vollständigen akustischen Isolation an der Verbindungsseite. Wenn, wie in bekannten BAW-Resonatoren, die gesamte Länge der Verbindungsseite verwendet wird, um die elektrische Verbindung zu einem benachbarten BAW-Resonator oder einer anderen elektrischen Verbindung (z.B. Signalleitung) zu bewirken, kann die maximale Menge von akustischer Energie verloren werden. Dies verringert Q_p, was ein Maß für die Einsperrung der akustischen Energie in einem BAW-Resonator ist, und Rp, was ein Maß für die elektrische Leistungsfähigkeit (oder Performanz) des BAW-Resonators ist.
Die vorliegenden Lehren vermeiden in vorteilhafter Weise die akustischen Verluste, in dem der Prozentsatz oder der Anteil der Verbindungsseite 112 des ersten und des zweiten BAW-Resonators 100, 100‘, der verwendet wird, um die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten BAW-Resonator 100, 100‘ zu bewirken, verringert wird. So wie das unten vollständiger beschrieben wird, führt die Verringerung der akustischen Verluste, die durch die vorliegenden Lehren realisiert werden, zu einer Zunahme von R_p (und Q_p), und somit zu einer Einsperrung von akustischer Energie mit einer akzeptablen Zunahme von R_s.
Insbesondere würde in einem BAW-Resonator, wie etwa entweder der erste oder der zweite BAW-Resonator 100, 100‘, ein Viertel der Gesamtlänge der Seiten (z.B. Verbindungsseite und Nicht-Verbindungsseiten 114) der oberen Elektrode 104 mit einer externen Komponente elektrisch verbunden sein, wenn die gesamte Verbindungsseite verwendet werden würde, um die elektrische Verbindung zu einem benachbarten BAW-Resonator oder eine andere elektrische Verbindung zu bewirken. Im Gegensatz dazu verringern die vorliegenden Lehren im Wesentlichen den Anteil oder den Prozentsatz der Gesamtlänge der Seiten der oberen Elektrode 104, der verwendet wird, um eine elektrische Verbindung mit einer externen Komponente, wie etwa einem benachbarten BAW-Resonator oder einer anderen elektrischen Verbindung, herzustellen. Eine derartige Verringerung führt zu einer signifikanten Zunahme von Rp.
Wenn beispielsweise die Gesamtbreite der elektrischen Verbindung an der Verbindungsseite 112 innerhalb eines bestimmten Prozentsatzes des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104 ist, würde ein bestimmter Wert von Rp realisiert. Wenn die Breite der elektrischen Verbindung auf die Hälfte beschnitten würde (d.h. auf den halben Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104) und in einer einzelnen Verbindung verbleiben würde, steigt Rp signifikant an. Jedoch durch Bereitstellen einer Mehrzahl von elektrischen Verbindungen 113, wenn die Gesamtbreite gleich der ausgewählten „Halb“-Breite wäre (d.h. die Breite von jeder elektrischen Verbindung 113 in der Summe wäre gleich wie der „halbe“ Prozentsatz in diesem Beispiel), wird eine vorteilhaftere Verbesserung von R_s bei konstantem R_P durch das Einbeziehen der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 der repräsentativen Ausführungsformen realisiert.
So wie das gewertschätzt werden kann, führt das Verringern der Gesamtbreite (Summe von nw, wobei n die Anzahl der elektrischen Verbindungen 113 ist) der elektrischen Verbindungen 113 an der Verbindungsseite 112 des ersten und zweiten BAW-Resonators 100, 100‘, während in vorteilhafter Weise eine Verbesserung von R_P (und Q_P) durch Verringern des Verlustes von akustischer Energie bereitgestellt wird, zu einer nicht gewünschten Zunahme des parasitären Widerstands bei F_S, R_S, der, wie oben erwähnt, in vorteilhafter Weise auf einem vergleichsweise niedrigen Wert gehalten wird. Es kann für vergleichsweise kurze elektrische Verbindungen 113 (die z.B. eine Länge l aufweisen) gezeigt werden, dass der zusätzliche parasitäre Widerstand (R_S) um einen Faktor von (Anzahl (n) der Verbindungen)^–1 abfällt. Somit könnte, wenn man das genannte veranschaulichende Beispiel fortsetzt, das Verringern der Breite der elektrischen Verbindung auf den bestimmten Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104 in einer Verbindung zu einer Zunahme von R_s um einen bestimmten Faktor von XΩ führen. Jedoch ist durch Bereitstellen von vier elektrischen Verbindungen 113, deren Gesamtbreite (4w) gleich dem bestimmten Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104 ist, der zusätzliche parasitäre Widerstand R_s in vorteilhafter Weise auf näherungsweise (0,25) XΩ verringert.
Während weitere Verringerungen des parasitären Widerstands R_S realisiert werden könnten, indem man die Anzahl der Mehrzahl der elektrischen Verbindung 113 weiter erhöht, ist die Anzahl durch eine Verringerung von R_P (und Q_P) begrenzt, die aufgrund von Begrenzungen der Fotolithografie auftreten kann. Insbesondere wird vermutet, dass geeignete Verbesserungen von R_P (und Q_P) bei einer akzeptablen Zunahme von R_S realisiert werden können, indem man zwischen näherungsweise drei (3) und näherungsweise sechs (6) elektrische Verbindungen 113 bereitstellt. Bei mehr als sechs elektrischen Verbindungen 113 wird vermutet, dass die Physik der Akustik an der Grenzfläche der oberen Elektrode 104 und die Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 aufgrund der Formen und Abmessungen der elektrischen Verbindungen 113 nachteilig beeinflusst werden. Dieser nachteilige Einfluss auf die Physik ist offenkundig in Verringerungen von R_p (und Q_P), die durch die marginale Abnahme von R_S nicht gerechtfertigt werden können.
So wie dies gewertschätzt werden kann, gibt es also einen Kompromiss zwischen den Verstärkungen (oder Zunahmen) von R_P (und Q_P) mit der Verringerung von R_S, die eine Rolle in der Bestimmung der Anzahl (n) der elektrischen Verbindungen 113 spielt, und der Gesamtbreite (nw) der Gesamtheit der elektrischen Verbindungen 113 als einem Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104. Allgemein ist die Anzahl der elektrischen Verbindungen 113 zwischen zwei und fünf, und die Gesamtbreite (nw) der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 als ein Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104 ist im Bereich von näherungsweise 5% und näherungsweise 25%.
Während Entwurfsbetrachtungen und die Herstellung die Auswahl der Breite (w) der elektrischen Verbindungen 113 und des Zwischenraums (s) dazwischen beeinflusst (die Dicke ist allgemein die gleiche wie diejenige der oberen Elektrode 104), weißt die Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 eine Breite (w) im Bereich von näherungsweise 5 µm bis näherungsweise 50 µm auf, obwohl andere Breiten vorgesehen sind. Der Zwischenraum (s) ist typischerweise derselbe wie die ausgewählte Breite (w), kann jedoch wie oben erwähnt, größer oder kleiner als die Breite (w) sein.
1B zeigt eine Querschnittsansicht des ersten BAW-Resonators 100, entlang der Linie 1B-1B und zur Verwendung in den verschiedenen Vorrichtungen der vorliegenden Lehren vorgesehen. Die Einzelheiten des zweiten BAW-Resonators 100‘ sind im Wesentlichen identisch zu demjenigen des ersten BAW-Resonators 100 und werden nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die Einzelheiten der vorliegend beschriebenen Ausführungsformen verschleiert werden.
So wie das gewertschätzt werden kann, umfasst der erste BAW-Resonator 100 einen FBAR. Es wird betont, dass der erste BAW-Resonator 100 lediglich veranschaulichend ist, und es sind SMRs (solidly mounted resonators, festmontierte Resonatoren) zur Verwendung in den vielfältigen Vorrichtungen der vorliegenden Lehren vorgesehen, indem die Vertiefung 107 ersetzt wird durch beispielsweise einen akustischen Bragg-Reflektor. Allgemein kann die Vertiefung 107 oder der Bragg-Reflektor als ein reflektierendes Element (oder Reflexionselement) bezeichnet werden.
Der erste BAW-Resonator 100 umfasst das Substrat 101 und die untere Elektrode 102, die unter der piezoelektrischen Schicht 103 angeordnet ist, wobei letztere eine erste Oberfläche in Kontakt mit der unteren Elektrode 102 und eine zweite Oberfläche in Kontakt mit der oberen Elektrode 104 aufweist. Eine optionale Passivierungsschicht 105 ist über der oberen Elektrode 104 bereitgestellt. Allgemein weist die piezoelektrische Schicht 103 eine erste Oberfläche auf, die über der unteren Elektrode 102 angeordnet ist, und eine zweite Oberfläche, die unter der oberen Elektrode 104 angeordnet ist. Insbesondere und so wie das für einen Fachmann in dem technischen Fachgebiet offensichtlich sein wird, können in dem akustischen Stapel andere Schichten bereitgestellt werden, die in 1B nicht gezeigt sind. Beispielsweise können Klebeschichten und/oder Ätzstopp-Schichten, die aus verarbeitungstechnischen Gründen bereitgestellt sind, und/oder Temperaturkompensations-Strukturen (d.h. Zwischenlageschichten, die über Temperaturkompensations-Schichten angeordnet sind) bereitgestellt werden, und als solche ist die piezoelektrische Schicht 103 nicht im direkten Kontakt mit einer oder beiden von der unteren und der oberen Elektrode 102, 104. Viele von diesen Schichten und Strukturen sind in den oben genannten Patenten, Patentanmeldungsoffenlegungsschriften und Patentanmeldungen beschrieben oder sind anderweitig bekannt, und werden vorliegend nicht in Einzelheiten beschrieben, um zu vermeiden, dass die vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen verschleiert werden.
Der auskragende Abschnitt 106 der oberen Elektrode 104 ist an mindestens einer Seite der oberen Elektrode 104 bereitgestellt; und wie oben angemerkt, sind auskragende Abschnitte 106‘ (in 1B nicht gezeigt) zwischen jeder von den elektrischen Verbindungen 113 bereitgestellt. Es wird betont, dass die Verwendung der auskragenden Abschnitte 106, 106‘ lediglich veranschaulichend ist, und es sind andere Strukturen, die zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des ersten BAW-Resonators 100 nützlich sind (z.B. ein Rahmenelement, das benachbart zu dem Umkreis einer aktiven Fläche 110 angeordnet ist) zur Verwendung zusätzlich zu, oder anstelle von, den auskragenden Abschnitten 106, 106‘ vorgesehen.
Die untere und die obere Elektrode 102, 104 umfassen jeweils ein oder zwei (Bi-Elektrode) elektrisch leitfähige Materialien (z.B. Molybdän (Mo), W, Pt, Ru, Al, Ta, Cu oder Ru) und stellen ein oszillierendes elektrisches Feld in der z-Richtung des gezeigten Koordinatensystems bereit (d.h. die Richtung der Dicke des Substrats 101). In der vorliegend beschriebenen, veranschaulichenden Ausführungsform ist die z-Achse die Achse für die TE (Dickenausdehnungs-(thickness-extensional) oder „longitudinale(n)“) Mode(n) des Resonators. In einer repräsentativen Ausführungsform sind die piezoelektrische Schicht 103 sowie die untere und die obere Elektrode 102, 104 über einer Vertiefung 107, die im Wesentlichen eine akustische Isolation mit dem Substrat 101 bereitstellt, aufgehängt (suspended). Demgemäß ist der erste BAW-Resonator 100 ein mechanischer Resonator, der mit der piezoelektrischen Schicht 103 elektrisch gekoppelt werden kann. Andere Konfigurationen, die eine mechanische Resonanz durch FBARs (film bulk acoustic wave resonators, akustische Schichtvolumen-Resonatoren), CRFs (coupled resonator filters, Filter mit gekoppelten Resonatoren), DBARs (double bulk acoustic resonators, akustische Doppelvolumen-Resonatoren), SBARs (stacked bulk acoustic resonators, gestapelte akustische Volumen-Resonatoren) und ähnliche Vorrichtungen fördern, sind vorgesehen. Beispielsweise und so wie dies im Zusammenhang mit 1B beschrieben ist, kann anstelle der Vertiefung 107 der erste BAW-Resonator über einem akustischen Bragg-Reflektor, wie etwa einem nicht-angepassten akustischen Bragg-Reflektor (in den 1A und 1B nicht gezeigt), der in oder auf dem Substrat 101 bereitgestellt ist, um eine akustische Isolierung bereitzustellen, angeordnet sein.
Die piezoelektrische Schicht 103 umfasst eine stark strukturierte (highly textured) piezoelektrische Schicht (z.B. AlN), und weist somit eine wohl-definierte C-Achse auf. So wie das unten vollständiger beschrieben wird, beeinflusst in einer Vorrichtung, die eine Mehrzahl von ersten BAW-Resonatoren 100 umfasst, die Polarisation von jedem BAW-Resonator die Art der Verbindung (z.B. Serienverbindung, Anti-Serienverbindung), die zwischen dem ersten und dem zweiten BAW-Resonator 100, 100‘ hergestellt wird. So wie das von einem Fachmann in dem technischen Gebiet gewertschätzt werden wird, gibt das Wachstum (oder Aufwachsen, growth) des piezoelektrischen Materials entlang einer C-Achse des Materials die Polarisierung des BAW-Resonators und somit die zu implementierende Art der Verbindung vor. Als solches ist das Bereitstellen einer stark strukturierten piezoelektrischen Schicht 103, wie etwa durch Verfahren, die in den oben genannten US-Patentanmeldungsoffenlegungsschriften Nrn. 2011/0180391 und 2012/0177816 an Larson III et al. beschrieben sind, nützlich in Vorrichtungen, die den ersten BAW-Resonator 100 umfassen.
Zusätzlich dazu, dass sie stark strukturiert ist, kann die piezoelektrische Schicht 103 der repräsentativen Ausführungsformen auch eine oder mehrere mit Seltenerd-Element(en) (z.B. Scandium (Sc)) dotierte Schichten eines piezoelektrischen Materials (z.B. Aluminiumnitrid (AlN)) umfassen, so wie das in bestimmten Patentanmeldungen, die oben durch Verweis eingefügt worden sind (z.B. US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2014/0132117 und US-Patentanmeldung Nr. 14/191,771 an Feng et al.) beschrieben ist.
Der auskragende Abschnitt 106 der oberen Elektrode 104 erstreckt sich über einen Spalt 108, der in veranschaulichender Weise Luft umfasst. In einer repräsentativen Ausführungsform wird eine Opferschicht (nicht gezeigt) durch eine bekannte Technik über der unteren Elektrode 102 und einem Abschnitt der piezoelektrischen Schicht 103 abgeschieden. Der auskragende Abschnitt 106 erstreckt sich über einen Rand der aktiven Fläche 110 um eine Breite 109 hinaus, wie gezeigt.
Die obere Elektrode 104 ist mit einem zweiten BAW-Resonator 100‘ oder einer anderen elektrischen Komponente (z.B. eine Signalleitung (nicht gezeigt)), die für die bestimmte Anwendung des ersten BAW-Resonators 100 ausgewählt ist, über die Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 verbunden. Dieser Teil des ersten BAW-Resonators 100 umfasst die Verbindungsseite 112 des ersten BAW-Resonators 100. Die Verbindungsseite 112 der oberen Elektrode 104, mit der der elektrische Kontakt hergestellt wird, umfasst keinen auskragenden Abschnitt. Im Gegensatz dazu können eine oder mehrere Nicht-Verbindungsseiten des ersten BAW-Resonators 100 auskragende Abschnitte 106, die sich über den Rand der aktiven Fläche 110 hinaus erstrecken, umfassen.
Wie oben erwähnt, sind die Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 allgemein aus demselben Material hergestellt und weisen dieselbe Dicke wie die obere Elektrode 104 auf. Die Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 können während des definierenden Schritts der oberen Elektrode 104 unter Verwendung bekannter Verfahren hergestellt werden.
1C zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 1C-1C eines ersten BAW-Resonators 100, der zur Verwendung in vielfältigen Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Lehren vorgesehen ist. Die Einzelheiten des zweiten BAW-Resonators 100‘ sind im Wesentlichen identisch zu denjenigen des ersten BAW-Resonators 100 und werden nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass Einzelheiten der vorliegend beschriebenen Ausführungsformen verschleiert werden.
Auskragende Abschnitte 106‘ der oberen Elektrode 104 sind zwischen jeder der elektrischen Verbindungen 113 an der Verbindungsseite 112 des BAW-Resonators 100 bereitgestellt. Die auskragenden Abschnitte 106‘ weisen eine Breite auf, die gleich dem Zwischenraum (s) zwischen den elektrischen Verbindungen 113 ist. Die auskragenden Abschnitte 106‘ sind unter Verwendung von im Wesentlichen demselben Verfahren ausgebildet, das verwendet wird, um den/die auskragenden Abschnitt/e 106 auszubilden. So wie der Spalt 108 ist auch unter jedem auskragenden Abschnitt 106‘ ein Spalt 108‘ bereitgestellt, und kann Luft umfassen, oder ein anderes Material, wie etwa ein dielektrisches Material, so wie dies beispielsweise in dem US-Patent 8,902,023 an Choy et al. beschrieben ist. Auskragende Abschnitte 106‘ sind unter Verwendung von bekannten Verfahren ausgebildet, so wie diese etwa in dem US-Patent 8,902,023 beschrieben sind. Es wird betont, dass die Verwendung der auskragenden Abschnitte 106, 106‘ lediglich veranschaulichend ist und dass andere Strukturen, die zum Verbessern der Leistungsfähigkeit des ersten BAW-Resonators 100 nützlich sind (z.B. ein Rahmenelement, das benachbart zu dem Umfang einer aktiven Fläche 110 angeordnet ist), zur Verwendung zusätzlich zu, oder anstelle von, den auskragenden Abschnitten 106‘ vorgesehen sind.
Mit Verweis auf 2A ist eine Aufsicht einen BAW-Resonator-Aufbau 200“ gemäß einer repräsentativen Ausführungsform gezeigt. So wie das von einem Fachmann in dem technischen Fachgebiet gewertschätzt werden wird, kann der BAW-Resonator-Aufbau 200“ eine Komponente von einer Vorrichtung (z.B. ein Filter) sein, das in einem elektrischen Gerät (z.B. einem Sender-Empfänger) verwendet wird. Der BAW-Resonator-Aufbau umfasst einen ersten BAW-Resonator 200, der mit einem zweiten BAW-Resonator 200‘ elektrisch verbunden ist. Viele Aspekte, Einzelheiten, Materialien und Herstellungsverfahren des BAW-Resonator-Aufbaus 200“ sind im Wesentlichen identisch zu denjenigen des BAW-Resonator-Aufbaus 100“, der oben beschrieben ist, und werden häufig nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die Beschreibung der gegenwärtig beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen verschleiert wird.
Der erste und der zweite BAW-Resonator 200, 200‘ sind über einem gemeinsamen Substrat 101 angeordnet, und jeder umfasst eine untere Elektrode 102 (in 2A nicht gezeigt), die unter einer piezoelektrischen Schicht 103 (in 2A nicht gezeigt) und einer oberen Elektrode 104 angeordnet ist.
Der erste und der zweite BAW-Resonator 200, 200‘ umfasst jeweils in veranschaulichender Weise den auskragenden Abschnitt 106 der oberen Elektrode 104, der an zumindest einer Seite der oberen Elektrode 104 bereitgestellt ist. Es wird wieder betont, dass die Verwendung des auskragenden Abschnitts 106 lediglich veranschaulichend ist und dass andere Strukturen, die zum Verbessern der Leistungsfähigkeit des ersten und des zweiten BAW-Resonators 200, 200‘ nützlich sind (z.B. ein Rahmenelement, das benachbart zu dem Umfang bzw. dem Umkreis der aktiven Fläche 110 angeordnet ist), zur Verwendung zusätzlich zu, oder anstelle von, dem auskragenden Abschnitt 106 vorgesehen sind.
Jede obere Elektrode 104 umfasst eine Verbindungsseite 112 und Nicht-Verbindungsseiten 114. In einer repräsentativen Ausführungsform sind auskragende Abschnitte 106 entlang der Nicht-Verbindungsseite 114 bereitgestellt und weisen dieselbe Breite auf. Eine Mehrzahl von Brücken 201 ist zwischen den entsprechenden Verbindungsseiten 112 des ersten und des zweiten BAW-Resonators 200, 200‘ bereitgestellt. Die Mehrzahl der Brücken 201 ist elektrisch verbindend, und jede umfasst typischerweise dasselbe Material und weist dieselbe Dicke wie die obere Elektrode 104 auf. Weitere Einzelheiten der Mehrzahl der Brücken 201 können beispielsweise in den oben genannten und gemeinsam besessenen US-Patenten 8,248,185 und 8,902,023 , deren Offenbarungen hierin mit Verweis spezifisch aufgenommen sind, gefunden werden. Des Weiteren, und so wie dies in den 2A und 2B gezeigt ist, sind auskragende Abschnitte 106‘ entlang der Verbindungsseite 112 angeordnet, wobei ein auskragender Abschnitt 106‘ zwischen benachbarten Brücken 201 angeordnet ist. Diese auskragenden Abschnitte 106‘, die eine Breite aufweisen, die im Wesentlichen gleich dem Zwischenraum (s) ist, werden durch dasselbe Verfahren und durch dieselbe Abfolge ausgebildet, die zum Herstellen der auskragenden Abschnitte 106 entlang der Nicht-Verbindungsseiten verwendet werden. Auskragende Abschnitte 106‘ werden zur Verbesserung der elektrischen Leistungsfähigkeit des ersten und des zweiten BAW-Resonators 200, 200‘ in derselben Weise wie die auskragenden Abschnitte 106 verwendet.
Insbesondere ist die Mehrzahl der Brücken 201 entlang einer Länge L von jeder der Verbindungsseiten 112 angeordnet. So wie die Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113, sind auch die Verbesserungen der elektrischen Leistungsfähigkeit des ersten und des zweiten BAW-Resonators 200, 200‘ durch die vorliegenden Lehren realisiert, indem eine elektrische Verbindung, die sich entlang der gesamten Länge (L) erstreckt, durch die Mehrzahl der Brücken 201, die jeweils eine Breite (w) aufweisen, ersetzt wird. Die Mehrzahl der Brücken 201 sind durch einen Zwischenraum (s) voneinander beabstandet und weisen eine Länge (l) auf. Der Zwischenraum (s) zwischen jeder von der Mehrzahl der Brücken 201 kann größer als, kleiner als, oder im Wesentlichen gleich sein wie die Breite (w). Des Weiteren weist jede von der Mehrzahl der Brücken 201 eine Länge (l) auf, die in vorteilhafter Weise vergleichsweise klein ist, um parasitäre Effekte (z.B. Induktanz, Widerstand) zu verringern. Allgemein ist die Länge (l) der elektrischen Verbindungen ausgewählt, um parasitäre Effekte zu minimieren und um die Grundfläche (footprint) der Vorrichtung, die den ersten und den zweiten BAW-Resonator 200, 200‘ enthält, zu verringern.
Die Summe der Breiten (w) der Mehrzahl der Brücken 201 wird häufig als ein Prozentsatz der Summe der Längen der Seiten der oberen Elektrode 104 oder als ein Prozentsatz ihres Umkreises beschrieben. Während die Breite (w) von jeder der Mehrzahl der Brücken 201 dieselbe sein kann, ist dies nicht notwendigerweise der Fall. Des Weiteren, obwohl der Zwischenraum (s) zwischen jeder Brücke 201 derselbe sein kann, so ist dies ebenfalls nicht wesentlich. Schließlich und so wie das unten vollständiger beschrieben werden wird, ist die Anzahl der Brücken 201 nicht beschränkt auf die gezeigten drei Brücken 201.
So wie bei der Mehrzahl der elektrischen Verbindung 113 kann das Verringern der Gesamtbreite (Summe von nw, wobei n die Anzahl der Brücken 201 ist) der Brücken 201 an der Verbindungsseite 112 des ersten und des zweiten BAW-Resonators 200, 200‘, während in vorteilhafter Weise eine Verbesserung in R_P (und Q_P) durch Verringern von Verlusten akustischer Energie bereitgestellt sein kann, zu einer nicht gewünschten Zunahme des parasitären Widerstands bei F_S, R_S, führen, der in vorteilhafter Weise auf einem vergleichsweise niedrigen Wert gehalten wird, so wie dies oben erwähnt ist. Es kann für vergleichsweise kurze Brücken 201, wie etwa diejenigen der repräsentativen Ausführungsformen, gezeigt werden, dass der zusätzliche parasitäre Widerstand (R_s) um einen Faktor von (Anzahl der Verbindungen)^–1 abfällt. Beispielsweise könnte das Verringern der Breite der elektrischen Verbindung auf einen vorbestimmten Prozentsatz des totalen Umkreises der oberen Elektrode 104 in einer Verbindung zu einer Zunahme von R_S um einen bestimmten Faktor von XΩ führen. Jedoch durch Bereitstellen der drei Brücken 201, deren Gesamtbreite (3w) gleich dem vorbestimmten Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104 ist, wird der zusätzliche parasitäre Widerstand R_S in vorteilhafter Weise auf näherungsweise 0,3 XΩ reduziert.
Während weitere Verringerungen des parasitären Widerstands R_s realisiert werden könnten, indem die Anzahl der Mehrzahl der Brücken 201 weiter erhöht wird, ist die Anzahl durch eine Verringerung von R_P (und Q_P) begrenzt, die aufgrund von Begrenzungen der Fotolithografie auftreten können. Insbesondere wird angenommen, dass geeignete Verbesserungen von R_P (und Q_P) bei einer akzeptablen Zunahme von R_S realisiert werden, indem zwischen näherungsweise zwei (2) und näherungsweise sechs (6) Brücken 201 bereitgestellt werden. Bei mehr als sechs Brücken 201 wird angenommen, dass die Physik der Akustik an der Schnittstelle von der oberen Elektrode 104 und der Mehrzahl der Brücken 201 aufgrund der Formen und Abmessungen der Brücken 201 nachteilig beeinflusst wird. Diese nachteilige Beeinflussung der Physik ist offenkundig in Verringerungen R_P (und Q_P), die durch die marginale Abnahme von R_S nicht gerechtfertigt werden können.
So wie das gewertschätzt wird, gibt es also einen Kompromiss zwischen den Verstärkungen von R_P (und Q_P) und der Verringerung von R_S, was eine Rolle spielt (oder einen Teil ausmacht) bei der Bestimmung der Anzahl (n) der Brücken 201 und der Gesamtbreite (nw) der Mehrzahl der Brücken 201 als ein Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104. Allgemein ist die Anzahl der Brücken 201 zwischen drei und fünf, und die Gesamtbreite (nw) der Mehrzahl der Brücken 201 als ein Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104 ist im Bereich von näherungsweise 5% und näherungsweise 25%.
2B zeigt eine Querschnittsansicht des ersten BAW-Resonators 200 genommen entlang der Linie 2B-2B der 2A gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Viele der Einzelheiten des ersten BAW-Resonators 200 sind gemeinsam mit denjenigen des ersten BAW-Resonators 100, der im Zusammenhang mit repräsentativen Ausführungsformen in den 1A bis 1B beschrieben ist. Die Einzelheiten der gemeinsamen Merkmale, Eigenschaften und Vorteile davon werden nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen verschleiert werden. Des Weiteren sind die Einzelheiten des zweiten BAW-Resonators 200‘ im Wesentlichen identisch zu denjenigen des ersten BAW-Resonators 200 und werden nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die Einzelheiten der vorliegend beschriebenen Ausführungsformen verschleiert werden.
Der erste BAW-Resonator 200 umfasst eine (zumindest eine in 2B gezeigte) Brücke 201 (oder mehrere Brücken 201, wie dies in 2A gezeigt ist) entlang der Verbindungsseite 112. Die Brücke 201 stellt einen Spalt 202 bereit, der ein leerer Raum (z.B. Luft) sein kann oder kann mit einem Material mit einer niedrigen akustischen Impedanz gefüllt sein. Die Brücke 201 ist in den gemeinsam besessenen US-Patenten 8,248,185 und 8,902,023 beschrieben, und als solche werden viele Einzelheiten der Brücke/n 201 in der vorliegenden Anmeldung nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die Beschreibung der repräsentativen Ausführungsformen des BAW-Resonators 200 verschleiert wird.
So wie das gewertschätzt werden kann, umfasst der erste BAW-Resonator 200 einen FBAR. ES wird betont, dass der erste BAW-Resonator 200 lediglich veranschaulichend ist, und es sind SMRs zur Verwendung in verschiedenen Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Lehren vorgesehen, indem die Vertiefung 107 beispielsweise durch einen akustischen Bragg-Reflektor ersetzt wird.
Wie oben beschrieben, liefert der auskragende Abschnitt 106 eine Verbesserung des Q-Faktors. Gleichermaßen liefert/n auch die Brücke/n 201 eine Verbesserung des Q-Faktors. In vorteilhafter Weise liefert die Kombination des auskragenden Abschnitts 106 und der Brücke/n 201 eine weitere Verbesserung des Q-Faktors des BAW-Resonators 200. Zu diesem Zweck führt das Einbeziehen der Brücke/n 201 mit dem auskragenden Abschnitt 106 in dem BAW-Resonator 200 zu einer Verbesserung des Q-Faktors bei der Parallelresonanz (Q_p) und zu einigem Einfluss auf den Q-Faktor bei der Serienresonanz (Q_s). Dies ist einigermaßen erwartet, weil die Brücke/n 201 vorwiegend Q_p beeinflusst/en, so wie dies in den oben genannten US-Patenten 8,248,185 und 8,902,023 beschrieben ist.
In den oben beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen wurden elektrische Verbindungen (z.B. durch die Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 oder durch die Mehrzahl der Brücken 201) zwischen den oberen Elektroden 104 des ersten und des zweiten BAW-Resonators 100, 100‘ und 200, 200‘, respektive, hergestellt. Dies ist lediglich veranschaulichend, und es sind Verbindungen zwischen anderen Elektrodenpaaren vorgesehen.
Mit Verweis auf 3A ist eine Aufsicht von oben auf einen BAW-Resonator 300 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform gezeigt. Viele Aspekte, Einzelheiten, Materialien und Herstellungsverfahren des BAW-Resonators 300 sind im Wesentlichen identisch zu denjenigen des ersten und des zweiten BAW-Resonators 100, 100‘ und 200, 200‘, die oben beschrieben sind, und werden häufig nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die Beschreibung der vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen verschleiert wird. Der BAW-Resonator 300 kann mit einem anderen BAW-Resonator (in 3A nicht gezeigt) oder mit einer anderen elektrischen Komponente verbunden sein.
Der BAW-Resonator 300 ist über dem gemeinsamen Substrat 101 angeordnet und jeder umfasst eine untere Elektrode 102 (in 3A nicht gezeigt), die unter der piezoelektrischen Schicht 103 und der oberen Elektrode 104 angeordnet ist.
Der BAW-Resonator 300 kann zur Veranschaulichung den auskragenden Abschnitt 106 (in den 3A und 3B nicht gezeigt) der oberen Elektrode 104, der an zumindest einer Seite der oberen Elektrode 104 bereitgestellt ist, umfassen. Wiederum wird betont, dass die Verwendung des auskragenden Abschnitts 106 lediglich veranschaulichend ist und dass andere Strukturen, die zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des BAW-Resonators 300 nützlich sind (z.B. ein Rahmenelement, das benachbart zu dem Umkreis der aktiven Fläche 110 angeordnet ist), zur Verwendung zusätzlich zu, oder anstelle von, dem auskragenden Abschnitt 106 vorgesehen sind.
Die obere Elektrode 104 umfasst eine Verbindungsseite 112 und Nicht-Verbindungsseiten 114. In einer repräsentativen Ausführungsform sind die auskragenden Abschnitte 106 entlang von jeder Nicht-Verbindungsseite 114 bereitgestellt und weisen dieselbe Breite auf. Eine Mehrzahl von Brücken 201 ist zwischen den entsprechenden Verbindungsseiten 112 des BAW-Resonators 300 (oder der Resonatoren) bereitgestellt. Die Mehrzahl der Brücken 201 sind elektrisch verbindend, und jede umfasst typischerweise dasselbe Material und weist dieselbe Dicke wie die obere Elektrode 104 auf. Weitere Einzelheiten der Mehrzahl der Brücken 201 können beispielsweise in den oben genannten und gemeinsam besessenen US-Patenten 8,248,185 und 8,902,023 , deren Offenbarungen hierin durch Verweis spezifisch aufgenommen sind, gefunden werden. Alternativ dazu kann anstelle der Mehrzahl der Brücken 201 eine Mehrzahl von elektrischen Verbindungen 113 verwendet werden, um die Verbindung zwischen der oberen Elektrode 104 und einer unteren Elektrode 301 (in 3B gezeigt) einer anderen elektrischen Komponente (nicht gezeigt) zu bewirken.
Insbesondere ist die Mehrzahl der Brücken 201 entlang einer Länge L von jeder der Verbindungsseiten 112 angeordnet. So wie dies oben beschrieben worden ist, sind die Verbesserungen der elektrischen Leistungsfähigkeit des BAW-Resonators 300 durch die vorliegenden Lehren realisiert, indem eine elektrische Verbindung, die sich entlang der gesamten Länge (L) erstreckt, durch die Mehrzahl der Brücken 201, die jeweils eine Breite (w) aufweisen, ersetzt wird. Die Mehrzahl der Brücken 201 sind voneinander jeweils durch einen Zwischenraum (s) beabstandet.
Die Summe der Breiten (w) von der Mehrzahl der Brücken 201 ist häufig als ein Prozentsatz der Summe der Längen der Seiten der oberen Elektrode 104 oder als ein Prozentsatz ihres Umfangs beschrieben. Während die Breite (w) von jeder der Mehrzahl der Brücken 201 dieselbe sein kann, ist dies nicht notwendigerweise der Fall. Des Weiteren können die Zwischenräume (s) zwischen jeder Brücke 201 dieselben sein, obwohl dies ebenfalls nicht wesentlich ist. Schließlich, und wie das unten vollständiger beschrieben wird, ist die Anzahl der Brücken 201 nicht auf die gezeigten drei Brücken 201 beschränkt.
So wie bei der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen 113 führt die Verringerung der Gesamtbreite (Summe von nw, wobei n die Anzahl der Brücken 201 ist) der Brücken 201 an der Verbindungsseite 112 des BAW-Resonators 300, während in vorteilhafter Weise eine Verbesserung von R_P (und Q_P) durch Verringern der Verluste von akustischer Energie bereitgestellt wird, zu einer ungewünschten Zunahme des parasitären Widerstands bei F_S, R_S, der in vorteilhafter Weise auf einem vergleichsweise niedrigen Wert gehalten wird, so wie dies oben angemerkt ist. Es kann gezeigt werden, dass der zusätzliche parasitäre Widerstand (R_S) um einen Faktor von (Anzahl der Verbindungen)^–1 abfällt. Beispielsweise könnte die Verringerung der Breite der elektrischen Verbindung auf einen vorbestimmten Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104 in einer Verbindung zu einer Zunahme von R_S um einen bestimmten Faktor von XΩ führen. Jedoch durch Bereitstellen von drei Brücken 201, deren Gesamtbreite (3w) der vorbestimmte Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104 ist, wird der zusätzliche parasitäre Widerstand R_S in vorteilhafter Weise auf näherungsweise 0,3 XΩ verringert.
Während weitere Verringerungen des parasitären Widerstands R_S realisiert werden könnten, indem die Anzahl der Mehrzahl der Brücken 201 weiter erhöht wird, ist die Anzahl durch eine Verringerung von R_P (und Q_P) begrenzt, die aufgrund von Beschränkungen der Fotolithografie auftreten kann. Insbesondere wird vermutet, dass geeignete Verbesserungen von R_P (und Q_P) bei einer akzeptablen Zunahme von R_S realisiert werden können, indem zwischen näherungsweise zwei (2) und näherungsweise sechs (6) Brücken 201 bereitgestellt werden. Bei mehr als sechs Brücken 201 wird vermutet, dass die Physik der Akustik an der Grenzfläche der oberen Elektrode 104 und der Mehrzahl der Brücken 201 aufgrund der Formen und Abmessungen der Brücken 201 nachteilig beeinflusst wird. Diese nachteilige Beeinflussung der Physik ist offenkundig in Verringerungen von R_P (und Q_P), die durch die marginale Abnahme von R_S nicht gerechtfertigt werden können.
So wie das gewertschätzt werden kann, gibt es daher einen Kompromiss zwischen den Verstärkungen in R_p (und Q_p) und der Verringerung von R_s, was eine Rolle spielt (oder einen Teil ausmacht) bei der Bestimmung der Anzahl (n) der Brücken 201 und der Gesamtbreite (nw) der Mehrzahl der Brücken 201 als ein Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104. Allgemein ist die Anzahl der Brücken 201 zwischen drei und fünf, und die Gesamtbreite (nw) der Mehrzahl der Brücken 201 als ein Prozentsatz des Gesamtumfangs der oberen Elektrode 104 ist im Bereich von näherungsweise 5% und näherungsweise 25%.
3B zeigt eine Querschnittsansicht des BAW-Resonators 300 genommen entlang der Linie 3B-3B der 3A und gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Viele der Merkmale des BAW-Resonators 300 sind gemeinsam mit denjenigen der ersten BAW-Resonatoren 100, 200, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 2B beschrieben sind. Die Einzelheiten der gemeinsamen Merkmale, Eigenschaften und Vorteile davon werden nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen verschleiert werden.
Der BAW-Resonator 300 umfasst eine Brücke 201 entlang der Verbindungsseite 112. Die Brücke 201 stellt einen Spalt 202 bereit, der ein leerer Raum (z.B. Luft) sein kann oder mit einem Material mit einer niedrigen akustischen Impedanz gefüllt sein kann. Die Brücke 201 ist in den gemeinsam besessenen US-Patenten 8,248,185 und 8,902,023 beschrieben, und als solche werden viele der Einzelheiten der Brücke 201 in der vorliegenden Anmeldung nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die Beschreibung der repräsentativen Ausführungsformen des BAW-Resonators 300 verschleiert wird.
So wie das gewertschätzt werden kann, umfasst der BAW-Resonator 300 einen FBAR. Es wird betont, dass der BAW-Resonator 300 lediglich veranschaulichend ist, und es sind SMRs zur Verwendung in den vielfältigen Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Lehren vorgesehen, indem die Vertiefung 107 beispielsweise durch einen akustischen Bragg-Reflektor ersetzt wird.
So wie dies oben beschrieben ist, liefert/n die Brücke/n 201 eine Verbesserung des Q-Faktors. In vorteilhafter Weise liefert die Kombination des auskragenden Abschnitts 106 und der Brücke/n 201 eine weitere Verbesserung des Q-Faktors des BAW-Resonators 300. Zu diesem Zweck führt das Einbeziehen der Brücke/n 201 mit dem auskragenden Abschnitt 106 in dem BAW-Resonator 300 zu einer Verbesserung des Q-Faktors bei der Parallelresonanz (Q_P) und zu einigem Einfluss auf den Q-Faktor bei der Serienresonanz (Q_S). Dies ist einigermaßen erwartet, weil die Brücke/n 201 vorwiegend Q_P beeinflusst/en, so wie das in den oben genannten US-Patenten 8,248,185 und 8,902,023 beschrieben ist.
So wie das gesehen werden kann, ist die Brücke 201 mit einem Kontakt 302 elektrisch verbunden, der wiederum mit der mit der unteren Elektrode 301 elektrisch verbunden ist, die ihrerseits mit einem anderen BAW-Resonator (nicht gezeigt) oder einem Kontakt-Pad (nicht gezeigt) elektrisch verbunden ist.
4 zeigt ein vereinfachtes, schematisches Blockschaltbild eines elektrischen Filters 400 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Das elektrische Filter 400 umfasst BAW-Serienresonatoren 401 und BAW-Abzweigresonatoren 402. Die BAW-Serienresonatoren 401 und die BAW-Abzweigresonatoren 402 können den ersten und den zweiten BAW-Resonator 100, 100‘, 200, 200‘ und 300 umfassen, die vielfältig unter Verwendung einer Mehrzahl von elektrischen Verbindungen 113, oder einer Mehrzahl von Brücken 201, oder beiden, verbunden sind, so wie dies im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A bis 3B beschrieben ist. Das elektrische Filter 400 wird normalerweise als ein Leiterfilter bezeichnet und kann beispielsweise in Duplexer-Anwendungen verwendet werden. Weitere Einzelheiten einer Leiterfilteranordnung können so sein, wie das beispielsweise in dem US-Patent 5,910,756 an Ella und dem US-Patent 6,262,637 an Bradley et al. beschrieben ist. Die Offenbarungen dieser Patente werden hierin durch Verweis spezifisch aufgenommen. Es wird betont, dass die Topologie des elektrischen Filters 400 lediglich veranschaulichend ist, und es sind auch andere Topologien vorgesehen. Des Weiteren sind die akustischen Resonatoren der repräsentativen Ausführungsformen in einer Vielzahl von Anwendungen neben Duplexern vorgesehen.
Gemäß veranschaulichender Ausführungsformen sind BAW-Resonator-Aufbauten und BAW-Resonatoren für verschiedene Anwendungen, wie etwa in elektrischen Filtern, beschrieben. Ein Fachmann auf dem technischen Gebiet wertschätzt, dass viele Variationen, die in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren sind, möglich sind und innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche bleiben. Diese und andere Variationen würden für einen Fachmann auf dem technischen Gebiet nach einer Durchsicht der Beschreibung, der Zeichnungen und der Patentansprüche hierin deutlich werden. Die Erfindung ist somit nicht beschränkt, außer innerhalb des Geists und des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5910756 [0023, 0084]
US 6262637 [0023, 0084]
US 6107721 [0024]
US 5587620 [0024]
US 5873153 [0024]
US 6507983 [0024]
US 7388454 [0024]
US 7629865 [0024]
US 7714684 [0024]
US 7791434 [0024]
US 8188810 [0024]
US 8230562 [0024]
US 7280007 [0024]
US 8248185 [0024, 0059, 0066, 0068, 0073, 0080, 0082]
US 8902023 [0024, 0055, 0055, 0059, 0066, 0068, 0073, 0080, 0082]
US 7345410 [0024]
US 6828713 [0024]
US 7561009 [0024]

Claims

Ein akustischer Volumenwellen(BAW, bulk acoustic wave)-Resonator, der folgendes aufweist: eine untere Elektrode, eine obere Elektrode, die eine Verbindungsseite umfasst, die eine (z.B. entlang der Länge der Verbindungsseite gemessene) Breite aufweist, eine piezoelektrische Schicht, die zwischen der unteren und der oberen Elektrode angeordnet ist, ein reflektierendes Element, das unter der unteren Elektrode, der oberen Elektrode und der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist, wobei eine Überlappung des reflektierenden Elements mit der unteren Elektrode, der oberen Elektrode und der piezoelektrischen Schicht eine aktive Fläche des akustischen Resonators definiert, wobei die untere Elektrode das reflektierende Element im Wesentlichen überdeckt und wobei die piezoelektrische Schicht sich über einen Rand der unteren Elektrode hinaus erstreckt, und eine Mehrzahl von elektrischen Verbindungen, die entlang der Breite der Verbindungsseite der oberen Elektrode angeordnet ist, wobei jede von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen angrenzend an einen Anschluss (oder benachbart zu einem Abschluss) der aktiven Fläche („adjacent to a termination of the active area“) des akustischen Resonators angeordnet ist.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine Mehrzahl von Zwischenräumen, wobei benachbarte elektrische Verbindungen durch einen von der Mehrzahl der Zwischenräume getrennt sind.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei jede von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen eine Brücke umfasst, die einen Spalt umfasst, und wobei jede von der Mehrzahl der Brücken mit einem Abschnitt der unteren Elektrode überlappt.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 3, wobei der Spalt einen Bereich zwischen der oberen Elektrode und der piezoelektrischen Schicht umfasst.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die obere Elektrode eine obere Oberfläche mit einer Seite umfasst und wobei entlang der Seite eine Aushöhlung angeordnet ist.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die obere Elektrode eine obere Oberfläche mit einer Seite umfasst und wobei entlang der Seite ein Rahmenelement angeordnet ist.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die obere Elektrode eine Mehrzahl von Nicht-Verbindungsseiten umfasst und wobei mindestens eine von der Mehrzahl der Nicht-Verbindungsseiten einen auskragenden Abschnitt aufweist.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Breite eine erste Breite ist, wobei jede von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen eine zweite Breite aufweist und wobei jeder von den Zwischenräumen eine dritte Breite aufweist.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 8, wobei die zweite Breite im Wesentlichen gleich der dritten Breite ist.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Summe von der zweiten und der dritten Breite im Wesentlichen gleich der ersten Breite ist.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend einen auskragenden Abschnitt zwischen zwei von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 11, ferner aufweisend einen auskragenden Abschnitt zwischen jeder von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das reflektierende Element eine in dem Substrat angeordnete Vertiefung umfasst.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das reflektierende Element einen Bragg-Spiegel umfasst.
Eine elektrische Vorrichtung, die folgendes aufweist: einen ersten akustischen Volumenwellen (BAW)-Resonator, der folgendes aufweist: eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, die eine Verbindungsseite mit einer (z.B. entlang der Länge der Verbindungsseite gemessenen) ersten Breite umfasst, eine erste piezoelektrische Schicht, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, ein reflektierendes Element, das unter der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und der ersten piezoelektrischen Schicht angeordnet ist, wobei eine Überlappung von dem reflektierenden Element mit der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und der ersten piezoelektrischen Schicht eine aktive Fläche des akustischen Resonators definiert, wobei die erste Elektrode das reflektierende Element im Wesentlichen überdeckt und wobei sich die erste piezoelektrische Schicht über einen Rand der ersten Elektrode hinaus erstreckt, und eine Mehrzahl von elektrischen Verbindungen, die entlang der ersten Breite der Verbindungsseite der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei jede von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen angrenzend an einen Anschluss (oder benachbart zu einem Abschluss) der aktiven Fläche („adjacent to a termination of the active area“) des akustischen Resonators angeordnet ist, und einen zweiten BAW-Resonator, der folgendes aufweist: eine dritte Elektrode, eine zweite piezoelektrische Schicht und eine vierte Elektrode, die eine Verbindungsseite mit einer (z.B. entlang der Länge der Verbindungsseite gemessenen) zweiten Breite umfasst, wobei die Mehrzahl von Brücken sich zwischen der zweiten und der vierten Elektrode erstrecken und entlang der zweiten Breite der Verbindungsseite der vierten Elektrode angeordnet sind.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei jede von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen eine Brücke aufweist und wobei jede Brücke folgendes umfasst: einen ersten Spalt, der einen Bereich zwischen der zweiten Elektrode und der ersten piezoelektrischen Schicht umfasst, und einen zweiten Spalt zwischen der vierten Elektrode und der zweiten piezoelektrischen Schicht.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei die zweite Elektrode und die vierte Elektrode jeweils eine Mehrzahl von Nicht-Verbindungsseiten umfassen und wobei mindestens eine von der Mehrzahl der Nicht-Verbindungsseiten einen auskragenden Abschnitt aufweist.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die zweite Elektrode und die vierte Elektrode jeweils eine entsprechende obere Oberfläche mit entsprechenden Seiten umfasst und wobei entlang von jeder der entsprechenden Seiten eine Aushöhlung angeordnet ist.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die zweite Elektrode und die vierte Elektrode jeweils eine entsprechende obere Oberfläche mit entsprechenden Seiten umfasst und wobei entlang von jeder der entsprechenden Seiten ein Rahmenelement angeordnet ist.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei jede von der Mehrzahl der Brücken eine dritte Breite aufweist und wobei jede von der Mehrzahl der Brücken durch einen entsprechenden Zwischenraum, der eine vierte Breite aufweist, getrennt ist.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei die dritte Breite im Wesentlichen gleich der vierten Breite ist.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß Anspruch 20 oder 21, wobei die Summe von der dritten und der vierten Breite im Wesentlichen gleich der ersten Breite ist und im Wesentlichen gleich der zweiten Breite ist.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, ferner aufweisend einen auskragenden Abschnitt zwischen zwei von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, ferner aufweisend einen auskragenden Abschnitt zwischen jeder von der Mehrzahl der elektrischen Verbindungen.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 24, wobei das reflektierende Element eine in dem Substrat angeordnete Vertiefung umfasst.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 24, wobei das reflektierende Element einen Bragg-Spiegel umfasst.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei das reflektierende Element ein erstes reflektierendes Element ist und wobei die elektrische Vorrichtung ferner folgendes umfasst: ein reflektierendes Element, das unter dem zweiten BAW-Resonator angeordnet ist, wobei das reflektierende Element eines von einer Vertiefung oder einen Bragg-Spiegel umfasst.