DE102018109974B3 - Elektroakustisches Filter, Multiplexer und Verfahren zur Herstellung eines elektroakustischen Filters - Google Patents

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Abstract

Es wird ein verbessertes elektroakustisches Filter mit verbesserten elektrischen und/oder akustischen Eigenschaften bereitgestellt. Das Filter weist einen ersten Resonator in einem ersten Schichtstapel und einen zweiten Resonator in einem zweiten Schichtstapel auf. Der zweite Schichtstapel unterscheidet sich vom ersten Schichtstapel.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft elektroakustische Filter, die in mobilen Kommunikationsgeräten verwendet werden können und Multiplexer, die solche Filter aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung verbesserte Verfahren zur Herstellung eines elektroakustischen Filters.
  • Elektroakustische Filter sind HF-Filter, die akustische Wellen in elektroakustischen Resonatoren nutzen. Solche Resonatoren weisen Elektrodenstrukturen und ein piezoelektrisches Material zum Wandeln zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen auf. Elektroakustische Filter können Bandpassfilter oder Bandsperren sein, die steile Flanken bereitstellen.
  • Gewünscht wird ein verbessertes elektroakustisches Filter, das mit Anforderungen von mobilen Kommunikationssystemen der nächsten Generation kompatibel ist. Insbesondere werden gute elektrische und akustische Eigenschaften gewünscht. Zum Beispiel werden elektroakustische Filter mit kleinen Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF), einem hohen elektroakustischen Kopplungskoeffizienten κ2, der breite Bandbreiten bereitstellt, und reduzierte Störmoden in kritischen Frequenzbereichen gewünscht. Ferner sollten elektroakustische Filter mit Carrier-Aggregation-Systemen (CA-Systemen) kompatibel sein.
  • Herkömmliche elektroakustische Filter können SAW-Resonatoren (SAW = surface acoustic wave = akustische Oberflächenwelle) oder BAW-Resonatoren (BAW = bulk acoustic wave = akustische Volumenwelle) aufweisen. In HF-Filtern, die SAW-Resonatoren verwenden, kann eine TCF-Schicht bereitgestellt sein, um temperaturbedingte Änderungen charakteristischer Frequenzen zu reduzieren.
  • Aus der DE 112016002829 T5 sind Multiplexer und entsprechende Bauelemente, die auf SAW-Resonatoren basieren, bekannt.
  • Aus der US 2017/0359050 A1 sind HF-Filter mit BAW-Resonatoren bekannt.
  • Herkömmliche HF-Filter sind jedoch nur in Bezug auf einen Parameter oder eine geringe Anzahl von Parametern optimiert. Was daher erforderlich ist, ist ein elektroakustisches Filter, das verbesserte elektrische und akustische Eigenschaften für eine Vielzahl von Parametern bietet.
  • Zu diesem Zweck werden ein elektroakustisches Filter und ein Verfahren zur Herstellung eines elektroakustischen Filters gemäß den unabhängigen Ansprüchen und ein Multiplexer bereitgestellt. Abhängige Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit.
  • Das elektroakustische Filter weist einen ersten Resonator, der in einem ersten Schichtstapel realisiert ist und einen zweiten Resonator, der in einem zweiten Schichtstapel realisiert ist, auf. Der zweite Schichtstapel unterscheidet sich in mindestens einem Parameter, der aus der Anzahl von Schichten, der Dicke einer Schicht und dem Material einer Schicht ausgewählt ist, von dem ersten Schichtstapel.
  • Der erste Resonator kann ein elektroakustischer Resonator sein und der zweite Resonator kann ein elektroakustischer Resonator sein. Zu diesem Zweck weist der entsprechende Schichtstapel ein piezoelektrisches Material und eine Elektrodenstruktur auf, um den piezoelektrischen Effekt anzuwenden, um zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen zu wandeln, wenn ein HF-Signal an die Elektrodenstruktur angelegt wird.
  • Der erste Schichtstapel und der zweite Schichtstapel können einen ähnlichen Aufbau aufweisen. Insbesondere ist es möglich, dass für jede Schicht oder für mehrere Schichten des ersten Schichtstapels eine zugehörige Schicht in dem zweiten Schichtstapel vorhanden ist, die denselben Zweck, wie die zugehörige Schicht des ersten Schichtstapels, erfüllt.
  • Der Unterschied zwischen dem ersten Schichtstapel und dem zweiten Schichtstapel oder mehrere Unterschiede zwischen dem ersten Schichtstapel und dem zweiten Schichtstapel entsprechen einer Entkopplung des ersten Resonators und des zweiten Resonators.
  • Die Entkopplung kann eine akustische Entkopplung der entsprechenden Resonatoren oder eine Entkopplung von mindestens einem Prozessschritt in den entsprechenden Prozessschritten von Herstellungsverfahren der Resonatoren sein.
  • Die Entkopplung zwischen dem ersten Resonator und dem zweiten Resonator ermöglicht unabhängige Optimierungen, die auf den ersten Resonator gerichtet sind und auf den zweiten Resonator gerichtet sind.
  • Herkömmliche HF-Filter weisen Strukturen eines ersten Resonators und Strukturen eines zweiten Resonators auf, die nebeneinander auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Aufgrund von Ähnlichkeiten im Aufbau von ersten und zweiten Resonatoren in herkömmlichen Filtern, werden Herstellungsverfahren durch das Erzeugen entsprechender Schichten für den ersten Resonator und für den zweiten Resonator unter gemeinsamer Verwendung gleicher Verarbeitungsschritte wesentlich vereinfacht.
  • Derartige Vereinfachungen der Verarbeitung führen jedoch zu gekoppelten Resonatoren und/oder zu gekoppelten Verarbeitungsschritten, die verhindern, dass der zweite Resonator vom ersten Resonator unabhängig ist und die verhindern, dass ein entsprechendes elektroakustisches Filter gute elektrische und akustische Eigenschaften für mehrere Parameter aufweist.
  • Die vorgeschlagene Entkopplung des ersten Resonators und des zweiten Resonators bietet somit die Möglichkeit, den ersten Resonator in Bezug auf einen ersten Parameter und den zweiten Resonator in Bezug auf einen zweiten Parameter zu optimieren, sodass das gesamte elektroakustische Filter in Bezug auf zwei oder mehrere Parameter optimiert wird. Es ist möglich, dass der erste Resonator und der zweite Resonator SAW-Resonatoren oder BAW-Resonatoren sind. Im Fall von SAW-Resonatoren können die Resonatoren Elektrodenstrukturen in einer Elektrodenschicht aufweisen. Im Fall von BAW-Resonatoren können die Resonatoren eine Bodenelektrode in einer Bodenelektrodenschicht, eine obere Elektrode in einer oberen Elektrodenschicht über der Bodenelektrodenschicht und einen Hohlraum oder einen akustischen Spiegel unter der Bodenelektrode aufweisen.
  • SAW-Resonatoren können die Elektrodenstrukturen als ineinandergreifende kammartige Elektrodenstrukturen, die auf oder über einem piezoelektrischen Material angeordnet sind, aufweisen. Das piezoelektrische Material kann eine piezoelektrische Dünnschicht oder ein piezoelektrisches Einkristall sein. Die Resonatoren können weitere Strukturen, wie beispielsweise akustische Reflektoren an den distalen Enden einer akustischen Spur aufweisen, um akustische Energie im aktiven Bereich des Resonators einzuschließen. Weiteres Material kann über der Elektrodenstruktur und über dem piezoelektrischen Material zwischen der Elektrodenstruktur abgeschieden werden. Zum Beispiel kann dort dielektrisches Material einer TCF-Schicht und/oder dielektrisches Material einer Passivierungsschicht angeordnet werden.
  • Eine TCF-Schicht weist vorzugsweise ein Material auf, das eine Temperaturabhängigkeit charakteristischer Frequenzen entgegengesetzt zu Temperatureigenschaften der Elektrodenstruktur und/oder des piezoelektrischen Materials aufweist.
  • Normalerweise ändert eine Temperaturänderung elastische Eigenschaften der verwendeten Materialien und verursacht eine thermisch induzierte Ausdehnung der Materialien. Infolgedessen führen die Wellengeschwindigkeit und der Abstand der Elektrodenstrukturen zu einer Frequenzdrift charakteristischer Frequenzen, wie beispielsweise Resonanzfrequenzen oder Antiresonanzfrequenzen des Resonators. Durch Bereitstellen einer TCF-Schicht, die ein Material aufweist, das die entgegengesetzte Wirkung auf Temperaturänderungen aufweist, kann die Gesamtfrequenzdrift reduziert oder gar eliminiert werden.
  • Eine TCF-Schicht kann zum Beispiel ein Siliziumoxid, wie beispielsweise Siliziumdioxid aufweisen.
  • Das piezoelektrische Material eines BAW-Resonators ist zwischen der Bodenelektrode und der oberen Elektrode angeordnet. Um akustische Energie im Bereich des Resonators einzuschließen, kann der Resonator einen akustischen Spiegel unter der Bodenelektrode oder einen Hohlraum unter der Bodenelektrode aufweisen. Ein elektroakustischer BAW-Resonator, der einen akustischen Spiegel unter der Bodenelektrode aufweist, ist ein Resonator vom SMR-Typ (SMR = solidly mounted resonator = fest montierter Resonator). Ein Resonator, der einen Hohlraum unter seiner Bodenelektrode aufweist, ist ein FBAR-Resonator (FBAR = film bulk acoustic resonator).
  • BAW-Resonatoren können eine Trimmschicht über der oberen Elektrode aufweisen. Ferner können zusätzliche Strukturen, z. B. Rahmenstrukturen über der oberen Elektrode angeordnet werden, um unerwünschte akustische Moden zu unterdrücken.
  • Es ist bevorzugt, dass, wenn der erste Resonator ein SAW-Resonator ist, der zweite Resonator ein SAW-Resonator ist. Ferner ist bevorzugt, dass wenn der erste Resonator ein BAW-Resonator ist, der zweite Resonator ein BAW-Resonator ist.
  • Verbleibende Ähnlichkeiten im Aufbau führen zu weniger komplexen Herstellungsverfahren, während die Möglichkeit zur Optimierung verschiedener Parameter erhalten wird.
  • Es ist möglich, dass das elektroakustische Filter eine ladder-type-ähnliche Filtertopologie aufweist. Der erste Resonator kann ein Serienresonator sein und der zweite Resonator kann ein Parallelresonator sein.
  • Eine ladder-type-ähnliche Filtertopologie weist zwei oder mehrere Serienresonatoren auf, die in einem Signalpfad zwischen einem Eingangstor und einem Ausgangstor elektrisch in Reihe geschaltet sind. Ferner weist eine derartige Topologie zwei oder mehrere parallele Pfade auf, die den Signalpfad elektrisch mit Masse verbinden. In jedem der beiden oder mehreren parallelen Pfade ist mindestens ein elektroakustischer Resonator zwischen dem Signalpfad und Masse geschaltet.
  • Bandpassfilter und Bandsperren können mit derartigen ladder-type-ähnlichen Filtertopologien leicht implementiert werden. Ein elektroakustischer Resonator weist eine Resonanzfrequenz und eine Antiresonanzfrequenz über der Resonanzfrequenz auf. Ein Bandpassfilter wird erhalten, wenn die Resonanzfrequenz von Serienresonatoren im Wesentlichen der Antiresonanzfrequenz der Parallelresonatoren entspricht. Dann ist der Serienpfad für HF-Signale im Frequenzbereich der Resonanzfrequenz der Serienresonatoren durchlässig und die HF-Leistung kann nicht gegen Masse abgeleitet werden, weil die Parallelresonatoren im Wesentlichen eine Leerlaufimpedanz bereitstellen. Für HF-Frequenzen im Bereich der Resonanzfrequenz der Parallelresonatoren kann die entsprechende HF-Leistung gegen Masse abgeleitet werden. Für HF-Signale im Bereich der Antiresonanzfrequenz der Serienresonatoren, stellen die Serienresonatoren eine Leerlaufimpedanz bereit und die HF-Leistung kann die Serienresonatoren nicht passieren. Somit wird ein Bandpassfilter erhalten, dessen untere Flanke bei der Resonanzfrequenz der Parallelresonatoren angeordnet ist und dessen obere Flanke bei der Antiresonanzfrequenz der Serienresonatoren angeordnet ist.
  • Durch Austauschen von Serien- und Parallelresonatoren, können entsprechende Bandsperren oder Sperrfilter erhalten werden.
  • Daher werden Resonatoren benötigt, die unterschiedliche Frequenzgänge für Serienresonatoren und für Parallelresonatoren aufweisen. Die vorgenannte Entkopplung zwischen dem ersten Resonator und dem zweiten Resonator macht es leicht möglich, entsprechend unterschiedliche erste und zweite Resonatoren für Serien- beziehungsweise Parallelresonatoren bereitzustellen.
  • Es ist möglich, dass der erste Schichtstapel und der zweite Schichtstapel eine oder mehrere Schichten aufweisen, die aus einer piezoelektrischen Schicht, einer TCF-Schicht, einer Trimmschicht, und einer Passivierungsschicht ausgewählt sind.
  • Entsprechend ist es möglich, dass beide Schichtstapel eine piezoelektrische Schicht, eine TCF-Schicht, eine Trimmschicht und/oder eine Passivierungsschicht aufweisen. Dann wäre die piezoelektrische Schicht des ersten Schichtstapels eine einer piezoelektrischen Schicht des zweiten Schichtstapels zugeordnete Schicht. Eine TCF-Schicht des ersten Schichtstapels wäre eine einer entsprechenden TCF-Schicht des zweiten Schichtstapels zugeordnete Schicht. Eine Trimmschicht des ersten Schichtstapels wäre eine der entsprechenden Trimmschicht des zweiten Schichtstapels zugeordnete Schicht und eine Passivierungsschicht des ersten Schichtstapels wäre eine der entsprechenden Passivierungsschicht des zweiten Schichtstapels zugeordnete Schicht.
  • Durch die Entsprechungen können ähnliche aber - im Einzelnen - unterschiedliche Schichtaufbauten erhalten werden, die in Bezug auf unterschiedliche Parameter optimiert sind.
  • Es ist möglich, dass der erste Resonator und der zweite Resonator akustisch entkoppelt sind.
  • Eine akustische Entkopplung kann durch Bereitstellen des piezoelektrischen Materials oder Bereitstellen einer Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Material und einer Elektrodenstruktur an unterschiedlichen vertikalen Positionen erhalten werden. Dies ist möglich, indem eine zusätzliche Schicht darunter selektiv nur für einen der beiden Resonatoren hinzugefügt wird.
  • Es ist jedoch auch möglich, dieselbe Anzahl von Schichten aufzuweisen, aber im Vergleich zur zugeordneten Schicht des entsprechenden anderen Schichtstapels eine Schicht mit einer anderen Dicke bereitzustellen.
  • Des Weiteren oder alternativ ist es möglich, eine akustische Entkopplung durch Aufweisen eines Grabens zwischen dem ersten Resonator und dem zweiten Resonator zu erhalten.
  • Der Graben trennt die Schichtstapel der Resonatoren physisch voneinander und führt - aufgrund des großen Unterschiedes der akustischen Impedanz von Material und Vakuum oder Luft - zu einer akustischen Isolation der Resonatorstrukturen.
  • Es ist möglich, dass der erste Resonator und der zweite Resonator auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind.
  • Der gemeinsame Träger kann ein Trägersubstrat sein, auf dem die Strukturen für BAW- und/oder SAW-Resonatoren angeordnet sind. Auf dem Träger können akustische Spiegel von Resonatoren vom SMR-Typ angeordnet sein. In dem Träger können Hohlräume zum Bereitstellen von Resonatoren vom FBAR-Typ angeordnet sein.
  • Ferner ist es möglich, dass ein gemeinsamer Träger ein gemeinsames piezoelektrisches Einkristallmaterial bildet, auf dem Elektrodenstrukturen des ersten Resonators und Elektrodenstrukturen des zweiten Resonators angeordnet sind.
  • Es ist auch möglich, dass der erste und/oder zweite Schichtstapel ein piezoelektrisches Material aufweist, das als eine Dünnschicht oder als ein Bulk-Material, z. B. als ein dünnes Bulk-Material bereitgestellt ist.
  • Insbesondere ist es möglich, dass das piezoelektrische Material von beiden Schichtstapeln als eine Dünnschicht oder als Bulk-Material, z. B. als ein dünnes Bulk-Material, bereitgestellt ist.
  • Wenn es als Bulk-Material bereitgestellt ist, kann das piezoelektrische Material als ein Einkristallmaterial, das einen angemessenen Kristallschnitt aufweist, bereitgestellt sein.
  • Ferner kann das piezoelektrische Material von beiden Schichtstapeln als eine Dünnschicht, z. B. durch Waferbonden mit Dünnschichtverarbeitung, z. B. mechanisches Schleifen oder „Smart Cut“, oder Verwenden von Dünnfilm-Schichtaufbringungstechniken wie Sputtern, physikalische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, Molekularstrahlepitaxie und ähnliches bereitgestellt werden.
  • Das piezoelektrische Material kann auf oder über einem Träger, z. B. unterschiedlichen Trägern oder einem gemeinsamen Träger, z. B. einem gemeinsamen Trägersubstrat für beide Schichtstapel angeordnet sein.
  • Das Trägersubstrat für beide Schichtstapel kann ein Material aufweisen oder aus diesem bestehen, das aus Silizium, Aluminiumoxid, Saphir, kristallinem Kohlenstoff (Diamant), Siliziumkarbid SiC, Quarz und ähnlichen Materialien einschließlich Dotieren der erwähnten Trägersubstratmaterialien ausgewählt ist. Insbesondere sind Trägersubstrate mit einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit bevorzugt.
  • Es ist möglich, dass die SAW-Resonatoren einen sagittalen Akustikwellenleiter aufweisen. Das piezoelektrische Material kann auf oder über diesem Wellenleiter angeordnet sein.
  • Der Wellenleiter kann aus einer einzigen Schicht bestehen. Dennoch ist es möglich, dass der Wellenleiter zwei oder mehrere Schichten aufweist. Es ist bevorzugt, dass der Wellenleiter eine Schicht aufweist, die ein Material aufweist, dass eine akustische Impedanz aufweist, die sich von der akustischen Impedanz einer Schicht über oder unter der Schicht des Wellenleiters unterscheidet. Entsprechend ist es möglich, dass der Wellenleiter zwei oder mehrere Schichten von unterschiedlichen akustischen Impedanzen aufweist. Eine Grenzfläche zwischen zwei Materialien unterschiedlicher akustischer Impedanz reflektiert akustische Wellen. Somit werden akustische Wellen von der Oberfläche des Resonators reflektiert und es wird verhindert, dass akustische Energie in das darunter liegende Schichtsystem abgeführt wird. Somit unterstützt der Wellenleiter dabei, die akustische Energie auf die Oberfläche des Resonators zu beschränken, was den Qualitätsfaktor verbessert. Eine Schicht hoher akustischer Impedanz des Wellenleiters kann Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, kristallinen Kohlenstoff (Diamant) oder polykristallines Silizium aufweisen.
  • Eine Schicht des Wellenleiters mit einer niedrigen akustischen Impedanz kann Siliziumdioxid, ein dotiertes Siliziumdioxid oder Germaniumdioxid aufweisen. Siliziumdioxid kann durch Fluor oder Phosphor oder Bor dotiert sein.
  • Wenn der SAW-Resonator einen Wellenleiter und ein Trägersubstrat aufweist, ist es bevorzugt, dass der Wellenleiter zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Material angeordnet ist.
  • Ferner ist es möglich, dass eine Zwischenschicht als eine Temperaturkompensationsschicht bereitgestellt wird. Die Temperaturkompensationsschicht kann ein Siliziumoxid, z. B. SiO2, ... aufweisen.
  • Es ist möglich, dass der SAW-Resonator eine Passivierungsschicht aufweist, die über der Elektrodenstruktur angeordnet ist.
  • Die Passivierungsschicht kann ein Oxid aufweisen, z. B. ein Metalloxid oder ein Siliziumoxid. Das Metalloxid kann ein Oxid aus dem Metall der Elektrodenstruktur sein.
  • Es ist möglich, derartige akustische Filter zum Aufbauen von Multiplexern zu verwenden.
  • Folglich ist es möglich, dass ein Multiplexer ein oder mehrere elektroakustische Filter wie vorstehend beschrieben, aufweist.
  • Dann weist das elektroakustische Filter einen ersten Teilfilter und einen zweiten Teilfilter auf. Das erste Teilfilter kann ein TX-(Sende-)-Filter sein. Das zweite Teilfilter kann ein RX-(Empfangs-)-Filter sein. Der erste Resonator kann ein Resonator des TX-Teilfilters sein und der zweite Resonator kann ein Resonator des RX-Teilfilters sein.
  • In Multiplexern, die ein TX-Filter und ein RX-Filter aufweisen, werden Filter verwendet, um erwünschte Signale von unerwünschten Signalen zu trennen, insbesondere, um Sendesignale von einem Sendeport zu einem gemeinsamen Port zu übertragen und um Empfangssignale von einem gemeinsamen Port zu einem Empfangsport zu übertragen und um zu verhindern, dass ein Hochleistungssendesignal in den Empfangsport eintritt. Zu diesem Zweck können das TX-Filter und das RX-Filter Bandpassfilter mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen sein. Um Bandpassfilter mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen zu erhalten, können die Abweichungen zwischen dem ersten Resonator und dem zweiten Resonator verwendet werden.
  • Es ist möglich, dass der Multiplexer ein Quadplexer oder ein Multiplexer höherer Ordnung ist.
  • Es ist möglich, dass die obigen Optimierungen verwendet werden, um die charakteristische Frequenz eines akustischen Volumenwellenmodus eines Resonators aus einem charakteristischen Frequenzband, z. B. Band 40, zu verschieben, um die Anforderungen der Trägeraggregation zu erfüllen.
  • Ein Herstellungsverfahren eines elektroakustischen Filters weist folgende Schritte auf:
    • - Bereitstellen eines ersten Schichtstapels für einen ersten Resonator,
    • - Bereitstellen eines zweiten Schichtstapels für einen zweiten Resonator,
    • - Entkoppeln des ersten Schichtstapels vom zweiten Schichtstapel oder Entkoppeln von mindestens einem Verarbeitungsschritt zum Bereitstellen des ersten Schichtstapels von einer Verarbeitung zum Bereitstellen des zweiten Schichtstapels.
  • Zentrale Aspekte des elektroakustischen Filters und Einzelheiten bevorzugter Ausführungsformen werden in den schematischen begleitenden Figuren beschrieben.
  • In den Figuren zeigen:
    • 1 eine mögliche Anordnung von Schichtstapeln eines HF-Filters, das SAW-Strukturen verwendet;
    • 2 mögliche Einzelheiten von Schichtstapeln von Filtern, die BAW-Resonatoren verwenden;
    • 3 eine mögliche Verwendung eines Duplexers in elektroakustischen Resonatoren; und
    • 4 eine mögliche Frequenzverschiebung eines Störmodus.
  • 1 zeigt mögliche Schichten von Schichtstapeln eines HF-Filters wie vorstehend erörtert. Das Filter weist einen ersten Schichtstapel LS1 auf, in dem Elemente eines ersten Resonators R1 ausgebildet sind. Ferner sind in einem zweiten Schichtstapel LS2 Elemente des zweiten Resonators R2 ausgebildet. Der erste Schichtstapel LS1 und der zweite Schichtstapel sind nebeneinander angeordnet. Der erste Schichtstapel LS1 und der zweite Schichtstapel LS2 weisen Elektrodenstrukturen ELS auf, die auf einem piezoelektrischen Material PM in einer piezoelektrischen Schicht PL angeordnet sind. Auf und über den Elektrodenstrukturen ELS ist Material einer TCF-Schicht TCFL angeordnet, um temperaturinduzierte Frequenzdrifte zu kompensieren.
  • Auf dem Material der TCF-Schicht ist eine Passivierungsschicht PAL angeordnet. Der erste Schichtstapel LS1 und der zweite Schichtstapel LS2 werden durch einen Graben TR zwischen den Schichtstapeln akustisch isoliert und getrennt.
  • Die Schichtstapel LS1, LS2 in 1 bilden SAW-Komponenten. Die Elektrodenstrukturen ELS weisen ineinandergreifende kammartige Elektrodenstrukturen und/oder Reflektorfinger an den distalen Enden der akustischen Spur auf, um zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen, die sich an der Oberfläche des piezoelektrischen Materials PM und an der Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Material und den Elektrodenstrukturen ELS beziehungsweise dem Material der TCF-Schicht TCFL ausbreiten, zu wandeln.
  • Ein unterschiedlicher Schichtstapel wird erhalten, indem die Dicke der TCF-Schicht TCFL des zweiten Schichtstapels LS2 im Vergleich zur Dicke der entsprechenden TCF-Schicht des ersten Schichtstapels LS1 verringert wird.
  • Durch Bereitstellen unterschiedlich aufgebauter Schichtstapel für den ersten und für den zweiten Resonator sind Herstellungsverfahren im Vergleich zu Herstellungsschritten zum Aufbauen herkömmlicher HF-Filter umfangreicher. Der erzielbare Gewinn an elektrischen und akustischen Eigenschaften des gesamten Filters kann jedoch die zusätzlichen Anstrengungen in Herstellungsschritten lohnend machen.
  • 2 veranschaulicht das Konzept des vorliegenden elektroakustischen Filters, das an BAW-Resonatoren angewendet wird. Demnach veranschaulicht 2 einen ersten Schichtstapel LS1, der einen ersten Resonator R1 als einen BAW-Resonator realisiert und einen zweiten Schichtstapel LS2, der einen zweiten Resonator R2 als einen BAW-Resonator realisiert. Die entsprechenden BAW-Resonatoren weisen eine Bodenelektrode BE in einer Bodenelektrodenschicht BEL, eine entsprechende obere Elektrode TE in einer entsprechenden oberen Elektrodenschicht TEL und ein piezoelektrisches Material in einer piezoelektrischen Schicht PL, das zwischen der Bodenelektrodenschicht und der oberen Elektrodenschicht angeordnet ist, auf. Auf der oberen Elektrode TE in der oberen Elektrodenschicht TEL ist in beiden Resonatoren R1, R2 eine Trimmschicht TRL angeordnet.
  • Unterschiede im Schichtaufbau werden erhalten, indem die piezoelektrische Schicht PL des zweiten Resonator R2 im Vergleich zur piezoelektrischen Schicht PL in dem ersten Resonator R1 mit einer verringerten Dicke bereitgestellt wird.
  • Unter den entsprechenden Bodenelektrodenschichten sind elektroakustische Spiegel EAM bereitgestellt, um akustische Energie auf die Resonanzstruktur zu beschränken. Die elektroakustischen Spiegel EAM weisen benachbarte Schichten unterschiedlicher akustischer Impedanz (nicht in der Figur dargestellt) auf, um einen Bragg-Spiegel für akustische (Längs-) Wellen, die sich in die vertikale Richtung ausbreiten, einzurichten.
  • 3 veranschaulicht eine ladder-type-ähnliche Topologie, die für ein Sendefilter TXF und für ein Empfangsfilter RXF eines Multiplexers MUL in Form eines Duplexers DU verwendet wird. Das Sendefilter TXF ist zwischen einem Sendeport und einem Antennenanschluss, der mit einer Antenne AN verbunden ist, angeordnet. Das Empfangsfilter RXF ist zwischen dem Antennenanschluss und einem Empfangsport angeordnet. Zwischen dem Antennenanschluss und dem Empfangsfilter RXF ist eine weitere Schaltung angeordnet, die eine Impedanzanpassschaltung, die mit dem Antennenanschluss verbunden ist, bilden kann.
  • In den ladder-type-ähnlichen Topologien sind Serienresonatoren im Signalpfad elektrisch in Reihe geschaltet. Parallelresonatoren PR sind elektrisch in parallelen Pfaden, die den Signalpad elektrisch mit Masse verbinden, verbunden.
  • 4 veranschaulicht eine mögliche nützliche Wirkung des vorgeschlagenen elektroakustischen Filters. Insbesondere stellt 4 die frequenzabhängigen Einfügedämpfungen für Serien- und Parallelresonatoren gemäß den vorstehend beschriebenen Resonatoren und gemäß herkömmlicher Resonatoren dar.
  • Die Resonatoren mit der niedrigeren Resonanzfrequenz können verwendet werden, um Parallelresonatoren in Bandpassfiltern und Serienresonatoren in Bandsperren einzurichten. Die Resonatoren mit der höheren Resonanzfrequenz können verwendet werden, um Serienresonatoren in Bandpassfiltern und Parallelresonatoren in Bandsperren einzurichten.
  • Die Resonanzfrequenzen und die Antiresonanzfrequenzen der herkömmlichen und der verbesserten Resonatoren sind im Wesentlichen gleich. Die verbesserten Resonatoren weisen jedoch einen Störmodus auf, der in einem kritischen Frequenzbereich vorliegt, der in der Figur durch das Rechteck gekennzeichnet ist, das zu einer niedrigeren Frequenz und außerhalb des kritischen Frequenzbereichs bewegt wird, wie durch den Pfeil angezeigt wird.
  • Das elektroakustische Filter und entsprechende Multiplexer und Verfahren zum Aufbauen von Filtern und Multiplexern sind nicht auf die technischen Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, die in den Figuren dargestellt sind, beschränkt. Elektroakustische Filter können weitere Resonatoren und weitere Teilfilter aufweisen, um weitere Grundelemente von ladder-type-ähnlichen Topologien, die in Bezug auf andere Grundelemente kaskadiert sind und die in zusätzlichen Signalpfaden, z. B. in Multiplexern höherer Ordnung verwendet werden können, einzurichten. Ferner können Resonatoren zusätzliche Schichten und Elektrodenstrukturen, z. B. zum Aufbauen eines Wellenleiters und für weitere Mittel zur Vermeidung von elektrischer oder akustischer Energiedissipation aufweisen.
  • Bezugszeichenliste
    • AN:
    Antenne
    BE:
    Bodenelektrode
    BEL:
    Bodenelektrodenschicht
    DU:
    Duplexer
    EAF:
    elektroakustisches Filter
    EAM:
    elektroakustischer Spiegel
    ELS:
    Elektrodenstrukturen
    LS1, LS2:
    erster, zweiter Schichtstapel
    MUL:
    Multiplexer
    PAL:
    Passivierungsschicht
    PL:
    piezoelektrische Schicht
    PM:
    piezoelektrisches Material
    PR:
    Parallelresonator
    R1, R2:
    erster, zweiter Resonator
    RXF:
    Empfangsfilter
    SR:
    Serienresonator
    TCFL:
    TCF-Schicht
    TE:
    obere Elektrode
    TEL:
    obere Elektrodenschicht
    TR:
    Graben
    TXF:
    Sendefilter

Claims (10)

  1. Elektroakustisches Filter, aufweisend - einen ersten Resonator, der in einem ersten Schichtstapel angeordnet ist, - einen zweiten Resonator, der in einem zweiten Schichtstapel angeordnet ist, wobei - der zweite Schichtstapel sich von dem ersten Schichtstapel in mindestens einem Parameter, der aus der Anzahl von Schichten, der Dicke einer Schicht und dem Material einer Schicht ausgewählt ist, unterscheidet, - wobei der erste Resonator und der zweite Resonator akustisch entkoppelt sind.
  2. Elektroakustisches Filter nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste und zweite Resonator - SAW-Resonatoren sind, die Elektrodenstrukturen in einer Elektrodenschicht aufweisen oder - BAW-Resonatoren sind, die eine Bodenelektrode in einer Bodenelektrodenschicht, eine obere Elektrode in einer oberen Elektrodenschicht über der Bodenelektrodenschicht und einen Hohlraum oder einen akustischen Spiegel unter der Bodenelektrodenschicht aufweisen.
  3. Elektroakustisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Filter eine ladder-type-ähnliche Topologie aufweist, - der erste Resonator ein Serienresonator ist und - der zweite Resonator ein Parallelresonator ist.
  4. Elektroakustisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Schichtstapel und der zweite Schichtstapel eine Schicht aufweisen, die aus einer piezoelektrischen Schicht, einer TCF-Schicht, einer Trimmschicht, einer Passivierungsschicht ausgewählt ist.
  5. Elektroakustisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Graben zwischen dem ersten Resonator und dem zweiten Resonator aufweist.
  6. Elektroakustisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Resonator und der zweite Resonator auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind.
  7. Elektroakustisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Schichtstapel und/oder der zweite Schichtstapel ein piezoelektrisches Material aufweisen, das als eine Dünnschicht oder als ein Bulk-Material bereitgestellt ist.
  8. Multiplexer, der ein elektroakustisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei - das Filter ein TX-Teilfilter und ein RX-Teilfilter aufweist - der erste Resonator in dem TX-Teilfilter und der zweite Resonator in dem RX-Teilfilter angeordnet ist.
  9. Multiplexer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei er ein Duplexer, ein Quadplexer oder ein Multiplexer höherer Ordnung ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines elektroakustischen Filters, das folgende Schritte aufweist - Bereitstellen eines ersten Schichtstapels für einen ersten Resonator, - Bereitstellen eines zweiten Schichtstapels für einen zweiten Resonator, - Entkoppeln • des ersten Schichtstapels von dem zweiten Schichtstapel oder • mindestens eines Verarbeitungsschritts zum Bereitstellen des ersten Schichtstapels von einem Verarbeitungsschritt zum Bereitstellen des zweiten Schichtstapels, - wobei das Entkoppeln bewirkt, dass der zweite Schichtstapel sich von dem ersten Schichtstapel in mindestens einem Parameter, der aus der Anzahl von Schichten, der Dicke einer Schicht und dem Material einer Schicht unterscheidet.
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