Beschreibung
BAW-Resonator mit Temperaturkompensation Die zunehmende Anzahl an Frequenzbändern, die für moderne Mobiltelefone und andere drahtlose Anwendungen zugelassen sind, führt dazu, dass die einzelnen Funksysteme im
Frequenzspektrum immer näher aneinander rücken. Um
benachbarte Frequenzbänder sauber zu trennen, benötigt man steilflankige Filter, d. h. Filter, deren Passband in
Richtung zu einem benachbarten Passband eines anderen
Funksystems schnell in eine ausreichende Dämpfung übergeht.
Neben eng benachbarten Funkbändern, die im Telefonendgerät voneinander getrennt werden müssen, treten als weiteres
Problem bei den Filtern produktionsbedingte Frequenzstreuungen auf, die die saubere Trennung von benachbarten Frequenzbändern weiter erschweren. So ist bei modernen
Produktionsstandards in der Regel eine Fertigungstoleranz im Bereich von 800 bis 1500 ppm zu erwarten, die sich auf beide Seiten des Passbands auswirken kann. Im ungünstigsten Fall wird so die Lücke zwischen zwei benachbarten Frequenzbändern durch ungünstig gelegene Fertigungstoleranzen von beiden Seiten her verengt.
Eine weitere Frequenzverschiebung ergibt sich bei Temperaturwechseln, da sich die Resonanzfrequenz von akustischen
Resonatoren, wie sie üblicherweise in Filtern eingesetzt werden, mit der Temperatur ändert. Diese Änderung wird durch den so genannten TCF (Temperature Coefficient of Frequency) in ppm/K beschrieben. Der TCF eines BAW Resonators z.B. ist abhängig von den Temperaturkoeffizienten der akustischen Parameter (Schallgeschwindigkeit und Impedanz) der jeweiligen
Materialien, aus denen der Resonator aufgebaut ist. In einem geringen Ausmaß ist er auch vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien abhängig. Der TCF des Gesamtresonators ergibt sich als eine Art gewichteter Mittelwert über die Eigenschaften der Einzelschichten, wobei die
Gewichtung proportional zum lokalen Stress im Bauteil
speziell im BAW Resonator ist. Bereiche mit hohem Stress sind höher zu gewichten als Bereiche mit niedrigem Stress. Der effektive TCF wird also durch den detaillierten Aufbau des Schichtenstapels im Resonator bestimmt.
Üblicherweise werden Mobiltelefone auf einen Temperatur¬ bereich von -35 bis +85 °C spezifiziert. Innerhalb dieses Temperaturintervalls ergibt sich für die in Filtern
eingesetzten akustischen Resonatoren mit einem typischen TCF von -25 ppm/K ein Frequenzvorhalt von ca. 3000 ppm. Ein
Filter, das diesen Frequenzvorhalt berücksichtigt, muss bei manchen Frequenzbandkombinationen extrem steilflankig
ausgebildet werden, da dieser Frequenzvorhalt einen
erheblichen Anteil dieser Frequenzlücke für sich beansprucht. So weist beispielsweise Band 22 eine Frequenzlücke von nur 5700 ppm zwischen dem TX- und dem RX-Band auf.
Es werden daher erhebliche Anstrengungen unternommen, den Temperaturkoeffizienten zu reduzieren oder gar vollständig zu kompensieren. Bekannt ist es dazu, akustische Resonatoren aus Materialien zu verwenden, die einen positiven Temperaturkoeffizienten ihrer viskoelastischen Eigenschaften aufweisen. Diese Materialien zeigen bei Erwärmung eine Erhöhung ihres E- Moduls, wodurch die Resonanzfrequenz ansteigt. Da die
Mehrzahl aller bei Resonatoren verwendeten Materialien einen negativen Temperaturkoeffizienten ihrer viskoeleastischen Eigenschaften aufweist, können sich durch eine geeignete
Materialkombination die Temperaturkoeffizienten der
unterschiedlichen Materialien gegenseitig kompensieren.
BAW-Resonatoren, die direkt als Schichtenstapel auf einem Substratmaterial aufgebaut werden, so genannte SMR-Typ-BAW- Resonatoren (SMR = solidly mounted resonator) , werden
üblicherweise auf einem akustischen Spiegel aufgebaut, in dem sich Hoch- und Nieder-Impedanzschichten abwechseln und einen Bragg-Spiegel ausbilden. Ein Bragg-Spiegel weist dann eine optimale Reflexion für eine akustische Welle der Wellenlänge λ auf, wenn die einzelnen Nieder- und Hochimpedanzschichten eine Dicke von jeweils ungefähr λ/4 aufweisen.
Eine Möglichkeit zur Temperaturkompensation besteht darin, die Dicke der obersten Spiegelschicht eines Bragg-Spiegels , die der unteren Elektrode des Resonators unmittelbar
benachbart ist und welche üblicherweise aus S1O2 besteht, über den oben erwähnten Standardwert von λ/4 hinaus zu erhöhen. Dies führt zu höheren Stressdichten in der S1O2 Schicht und damit auch zu einer besseren Temperaturkompensation, allerdings auch zu einer Absenkung der
Resonanzfrequenz. Diese wiederum kann durch eine Reduktion der Schichtdicke der piezoelektrischen Schicht des Resonators kompensiert werden. Damit gelingt zwar eine Kompensation des TCF, jedoch wird durch die Reduktion der Schichtdicke der piezoelektrischen Schicht in der Folge auch die Piezokopplung stark reduziert, z.B. um ca. 50%.
Alternativ ist es dem Stand der Technik nach möglich, eine Siliziumdioxidschicht zwischen den Elektroden und der
Piezoschicht und sogar zwischen Teilschichten der
Piezoschicht anzuordnen. In diesem Fall ist die Degradation der effektiven Kopplung zwar nicht so stark ausgeprägt,
erreicht aber dennoch ca. 30 %. Dies führt dazu, dass derartige Filter mit Kompensation des TCF bei vielen
Filteranwendungen im Mobilfunkbereich die erforderlichen Spezifikationen nicht mehr erfüllen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen BAW- Resonator anzugeben, der eine Temperaturkompensation aufweist, bei dem aber die effektive Kopplung nicht so stark reduziert ist wie bei genannten Lösungen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen BAW-Resonator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestal¬ tungen der Erfindungen gehen aus Unteransprüchen hervor. Die Erfindung gibt einen BAW-Resonator vom SMR-Typ an, bei dem zwischen dem akustischen Spiegel und der unteren
Elektrodenschicht eine Kompensationsschicht angeordnet wird, die ein Material mit positiven Temperaturkoeffizienten ihrer viskoelastischen Eigenschaften aufweist. Um die mit einer solchen Kompensationsschicht verbundenen Nachteile zu
reduzieren oder ganz zu kompensieren, werden nun die Dicken der Kompensationsschicht und der Piezoschicht so gewählt, dass der Anteil der in der Kompensationsschicht lokalisierten akustischen Energie minimal ist. Dies gelingt erfindungs- gemäß, indem man die Dicke der Schicht oder der Schichten zwischen der obersten Hochimpedanzschicht und der unteren Elektrode des Resonators, üblicherweise die Summenschicht- dicke aus Niederimpedanzschicht und Kompensationsschicht, stark von der üblichen und für einen Bragg-Reflektor
optimalen Schichtdicke von einem Viertel der akustischen
Wellenlänge λ abweichen lässt und insbesondere auf einen Wert anhebt, der einem ungeraden Vielfachen von λ/4 entspricht. Insbesondere wird eine Schichtdicke von zumindest Ή λ
gewählt. Geht man davon aus, dass die obere Niederimpedanz¬ schicht eine Schichtdicke von λ/4 aufweist, beträgt die
Schichtdicke der Kompensationsschicht dann ein Vielfaches von K/ 2 .
Überraschenderweise gelingt eine Optimierung mit einer solch dicken Kompensationsschicht bei beinahe unveränderter
Schichtdicke der Piezoschicht , so dass sich ein günstiges Amplitudenverhältnis der sich im gesamten Schichtenstapel aufbauenden stehenden Welle ergibt. Dabei weist der Anteil der akustischen Energie, der außerhalb der piezoelektrischen Schicht lokalisiert ist, einen minimalen Anteil auf.
Im Gegensatz dazu hätte man erwartet, dass mit zunehmender Dicke der Kompensationsschicht auch der Amplitudenanteil bzw. der Energieanteil an akustischer Energie in der
Kompensationsschicht ansteigt. Ein BAW-Resonator mit einer Kompensationsschicht der angegebenen Schichtdicke zeigt gegenüber einem BAW-Resonator ohne Kompensationsschicht eine nur geringe Verminderung der effektiven Kopplung um ca. 10 bis 15 %. Darüber hinaus ergibt sich der weitere Vorteil, dass sich durch eine solche dicke Kompensationsschicht die Resonanzfrequenz des Resonators nur sehr wenig ändert. Diese Änderung kann durch eine geringfügige Anpassung der Schicht- dicken von Elektrodenschicht und/oder piezoelektrischer
Schicht korrigiert werden. Weiterhin wird mit dieser
Kompensationsschicht ein BAW-Resonator erhalten, der eine vollständige Temperaturkompensation erreichen kann, der also einen TCF der viskoelastischen Eigenschaften und damit einen TCF der Mittenfrequenz von Null zeigt.
Ein BAW-Resonator vom SMR-Typ ist als Schichtenstapel auf einem Substrat aufgebaut. Dieser Schichtenstapel umfasst über
dem Substrat zunächst einen akustischen Spiegel. Dieser umfasst zumindest zwei Spiegelschichten, wobei Hochimpedanzschichten und Niederimpedanzschichten in alternierender Abfolge angeordnet sind. Über dem akustischen Spiegel ist die Kompensationsschicht angeordnet. Über der Kompensations¬ schicht ist die untere Elektrodenschicht des BAW-Resonators angeordnet. Darüber befindet sich die piezoelektrische
Schicht und darüber die obere Elektrodenschicht.
Ein bevorzugtes Material für die Kompensationsschicht ist Si02- Dieses zeigt einen ausreichend hohen positiven
Temperaturkoeffizienten, mit dem eine effektive
Temperaturkompensation möglich ist. Weiterhin ist eine
Kompensationsschicht aus S1O2 in Verbindung mit geeigneten Hochimpedanzschichten auch als Niederimpedanzschicht des akustischen Spiegels wirksam. Oberste Niederimpedanzschicht und Kompensationsschicht können daher aus dem gleichen
Material ausgebildet sein. Möglich ist aber auch, dass für die beiden Schichten unterschiedliche Materialien eingesetzt werden
Weiter können die Kompensationsschicht und/oder die
Niederimpedanzschicht aus GeÜ2 ausgebildet sein. Zusätzlich können dann sowohl S1O2 als auch GeÜ2 mit geringen Mengen an F, P oder B angereichert sein.
In eine Ausführungsform umfasst die piezoelektrische Schicht als piezoelektrisches Material Aluminiumnitrid. Aluminium¬ nitrid zeigt im Vergleich zu anderen piezoelektrischen
Materialien einen relativ niedrigen TCF der viskoelastischen Eigenschaften. Weiterhin weist Aluminiumnitrid eine relativ hohe piezoelektrische Kopplung auf.
Als Hochimpedanzschichten des akustischen Spiegels können insbesondere Materialien mit hoher Dichte eingesetzt werden. Bevorzugt sind Metalle und insbesondere schwere Metalle wie Wolfram, Molybdän, Rubidium, Scandium oder Tantal. Auch Gold, Platin und a20s sind geeignet.
Als Niederimpedanzschichten können in einer Ausführungsform dielektrische Schichten eingesetzt werden. Eine niedrige akustische Impedanz zeigen Schichten mit relativ niedriger Dichte. Bevorzugt eingesetzt werden Schichten aus Silizium, S1O2, Siliziumnitrid oder auch organische Schichten, sofern diese eine ausreichende thermische Beständigkeit und eine Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit aufweisen. In einer Ausführungsform weist die untere Elektrodenschicht des BAW-Resonators ein Material auf, das eine höhere Impedanz als Aluminium aufweist. Damit wird eine bessere Kopplung erzielt. In einer Ausführungsform wird in der piezoelektrischen Schicht ein Material eingesetzt, welches zwar ein schlechteres Temperaturverhalten als Aluminiumnitrid auf¬ weist, dafür aber eine höhere Piezokopplung zeigt. Es können beispielsweise Lithiumniobat , Lithiumtantalat , Zinkoxid, Bleizirkonattitanat und Natriumkaliumniobat eingesetzt werden. Der bei bekannten BAW-Resonatoren nachteilige Effekt des schlechteren Temperaturverhaltens (höherer TCF) kann mit der Erfindung kompensiert werden. Durch die höhere Kopplung können Resonatoren mit besseren Eigenschaften erhalten werden, aus denen frequenzgenaue Filter mit verbesserten Eigenschaften aufgebaut werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird für die piezoelektrische Schicht Aluminiumnitrid verwendet, welches mit einem Material ist, das die piezoelektrische Kopplung
erhöht. So ist es bekannt, die piezoelektrische Kopplung durch eine Dotierung von Aluminiumnitrid mittels Yttrium oder Scandium zu erhöhen. Auch mit einer Dotierung durch Mg, Zr und Ti kann die piezoelektrische Kopplung erhöht werden. Auf diese Weise gelingt es, die Degradation bezüglich der
piezoelektrischen Kopplung, die auch mit der vorgeschlagenen Kompensationsschicht bis zu 15 % betragen kann, weiter zu verringern, sodass sie weniger als 15 % beträgt. Auf diese Weise gelingt es, BAW-Resonatoren auch für solche Anwendungen einzusetzen, die hohe Filterbandbreiten benötigen und bei denen eine Degradation der piezoelektrischen Kopplung von 15 % nicht den Spezifikationen entspricht. Mit einer
entsprechend erhöhten piezoelektrischen Kopplung,
beispielsweise durch die vorgeschlagene Auswahl an piezoelek- frischem Material, erhöht sich die Zahl der Einsatzmöglichkeiten der BAW-Resonatoren auch für anspruchsvolle Anwendungen bzw. für Anwendungen mit anspruchsvollen
Spezifikationen . In einer Ausführungsform beträgt die Dicke der Kompensations¬ schicht λ/2 und die Dicke der oberen Niederimpedanzschicht λ/4. Möglich ist es jedoch auch, die Dicke der
Kompensationsschicht auf einen Wert von 2λ/2, 3λ/2 oder höher einzustellen, wobei immer Vielfache von λ/2 als mögliche Werte zulässig sind. Unter einer Schichtdicke von n x λ/2 (n = ganze Zahl) wird nicht ein exaktes Vielfaches von λ/2 verstanden. Vielmehr ist es klar, dass auch davon abweichende Schichtdicken, die aber im Bereich von n x λ/2 liegen, zulässig sind. Entscheidend ist, dass in der Kompensations- schicht Zonen mit hohem akustischen Stress entstehen, da das Ausmaß der Temperaturkompensation proportional zum Stress ist. Die Zonen, in denen die Stressamplitude einen Knoten (Nulldurchgang) aufweist, tragen somit kaum zur TCF
Kompensation bei. Gleichzeitig wird darauf geachtet, dass die akustische Energie außerhalb der Piezoschicht nicht zu groß wird, da sonst die effektive Kopplung zu stark absinkt. Im Fall der erfindungsgemäßen Kompensationsschicht mit einer Schichtdicke eines geradzahligen Vielfachen von λ/4 baut sich eine stehende Welle auf, bei der der Bauch der Schwingung mit der größten Amplitude im Bereich der piezoelektrischen
Schicht liegt, und sich gleichzeitig ein sekundärer
Schwingungsbauch in der Kompensationsschicht aufbaut. Dieser bewirkt eine starke bis vollständige Kompensation des TCF.
Weiter zeigt sich, dass die Stressamplitude, deren Quadrat proportional zur gespeicherten akustischen Energie ist, innerhalb der Kompensationsschicht wesentlich geringer ist als in bekannten BAW-Resonatoren mit TCF-Kompensation .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen allein der Veranschaulichung der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu
ausgeführt. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Figur 1 zeigt einen BAW-Resonator mit einer
Kompensationsschicht in SMR-Technologie im schematischen Querschnitt,
Figur 2A bis 2C zeigen die Stressamplituden verschiedener
BAW-Resonatoren im schematischen Querschnitt,
Figur 3 zeigt ein aus BAW-Resonatoren aufgebautes Filter.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung, wie ein
erfindungsgemäßer BAW-Resonator aufgebaut sein kann. Basis ist ein mechanisch stabiles Substrat SU, auf dem der
Schichtstapel für den BAW-Resonator RES abgeschieden werden kann. Ein bevorzugtes Material ist Silizium. Direkt auf dem Substrat SU ist ein akustischer Spiegel AS abgeschieden, welcher zumindest zwei Spiegelschichten umfasst. Die beiden Spiegelschichten bilden ein Paar aus einer Niederimpedanzschicht LI und einer Hochimpedanzschicht HI. Obwohl hier nur zwei Spiegelschichten dargestellt sind, die für die
gewünschte Reflexion ausreichend sein können, umfasst ein an sich bekannter akustischer Spiegel in der Regel drei bis fünf Spiegelschichten. Die Spiegelwirkung, sprich die
Reflektivität akustischer Wellen, steigt mit der Anzahl der Spiegelschichten und ist weiterhin proportional zum
Impedanzunterschied zwischen einer Hochimpedanzschicht HI und einer Niederimpedanzschicht LI. Zwischen akustischem Spiegel AS und Substrat SU kann gegebenenfalls noch eine dünne
Haftvermittlerschicht angeordnet sein.
Über dem akustischen Spiegel AS, welcher nach oben mit einer Niederimpedanzschicht LI endet, ist eine Kompensationsschicht KS angeordnet. Die Kompensationsschicht KS weist beispiels¬ weise eine Dicke von 2λ/4 auf. Dies bedeutet, dass sich bei gegebener Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle innerhalb der obersten Niederimpedanzschicht und der
Kompensationsschicht KS drei Viertel einer Gesamtschwingung erstrecken. Auch die Spiegelschichten haben eine definierte Schichtdicke von ca. λ/4, was in Längeneinheiten umgerechnet für unterschiedliche Materialien mit unterschiedlicher
Schallgeschwindigkeit unterschiedliche Werte bedeuten kann.
Über der Kompensationsschicht KS sind die erste Elektroden¬ schicht El, darüber die piezoelektrische Schicht PS und darüber eine zweite Elektrodenschicht E2 angeordnet.
Schichtdicken von El, PS und E2 sind in der Summe so gewählt, dass sie einer halben Wellenlänge entsprechen. Da jedoch zumindest ein Teil der akustischen Energie innerhalb der Kompensationsschicht KS lokalisiert ist, kann eine
Schichtdickenanpassung erforderlich sein, bei der die
Schichtdicke von zumindest einer Schicht aus El, PS und E2 reduziert wird. Dies ist beim erfindungsgemäßen BAW-Resonator jedoch in nur geringem Umfang erforderlich.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Substrat ein
kristallines Siliziumsubstrat, die Niederimpedanzschichten LI sind aus S1O2 gewählt, während die Hochimpedanzschichten HI ein schweres Metall wie beispielsweise Wolfram umfassen. Die Kompensationsschicht KS ist aus S1O2, während erste und zweite Elektrode El, E2 aus Aluminium bestehen können.
Möglich ist es jedoch auch, die untere Elektrode El aus einem schwereren Metall als Aluminium zu fertigen, beispielsweise aus Wolfram. Möglich ist es auch, die Elektrodenschichten El und/oder E2 aus mehreren Teilschichten zusammenzusetzen, von denen eine eine Schicht mit hoher akustischer Impedanz ist, die andere dagegen elektrisch gut leitfähig ist. Als
piezoelektrische Schicht PS wird vorzugsweise Aluminiumnitrid eingesetzt .
In einer Ausführungsform (in Figur 1 nicht dargestellt) ist es möglich, auf der zweiten Elektrodenschicht E2 eine weitere Kompensationsschicht anzuordnen, die wiederum aus einem
Material mit positiven Temperaturkoeffizienten der
viskoelastischen Eigenschaften besteht.
In weiteren Ausführungsformen wird bei gleich bleibendem akustischen Spiegel und gleich bleibender Dicke der
Kompensationsschicht KS ein piezoelektrisches Material mit höherer piezoelektrischer Kopplung als Aluminiumnitrid eingesetzt. Diese Materialien haben zwar den Nachteil eines größeren TCF, der erfindungsgemäß jedoch mit der
Kompensationsschicht KS kompensiert werden kann, wobei ein BAW-Resonator RES mit guter bis vollständiger TCF- Kompensation bei ausreichend piezoelektrischer Kopplung erhalten wird.
Figur 2A bis 2C zeigen anhand schematischer Darstellungen, wie sich die akustische Energie über den Schichtenstapel von BAW Resonatoren verteilt, wobei bekannte und erfindungsgemäße BAW-Resonatoren miteinander verglichen werden.
Figur 2A zeigt einen an sich bekannten BAW-Resonator ohne zusätzliche Kompensationsschicht. Hier ist direkt über der obersten Niederimpedanzschicht des akustischen Spiegels AS die untere Elektrode und darüber die piezoelektrische Schicht PS angeordnet. Innerhalb des Schichtenstapels dargestellt ist die Stressamplitude bei maximaler Auslenkung. Es zeigt sich, dass sämtliche Schwingungsknoten an den Phasengrenzen
zwischen Spiegelschichten des akustischen Spiegels AS
angeordnet sind. Der größte Schwingungsbauch verläuft in der Figur rechts innerhalb der piezoelektrischen Schicht. Da die akustische Energie proportional zum Quadrat der in der Figur dargestellten Stressamplitude ist, beträgt der Unterschied in der akustischen Energie zwischen akustischem Spiegel und piezoelektrischer Schicht ca. 1:10.
Figur 2B zeigt den Verlauf der Stressamplitude für einen BAW- Resonator mit einer herkömmlichen oberen Niederimpedanz-
Schicht, deren Dicke nur wenig größer als λ/4 gewählt ist, bzw. die durch eine Kompensationsschicht von nur geringer Schichtdicke verstärkt ist. Es zeigt sich, dass sich das Amplitudenverhältnis wesentlich verschlechtert und ein großer Teil der akustischen Energie innerhalb des akustischen
Spiegels und der Kompensationsschicht lokalisiert ist. Für die Verteilung der akustischen Energie ergibt sich hier ein Verhältnis von 1:2, weshalb die effektive Kopplung dieses Resonators stark degradiert ist.
Figur 2C zeigt den Verlauf der Stressamplitude für einen erfindungsgemäßen BAW-Resonator mit einer Schichtdicke der obersten Spiegelschicht (Niederimpedanzschicht LI und
Kompensationsschicht KS sind hier nicht separat dargestellt) von 3λ/4. Hier ist bereits auf den ersten Blick ersichtlich, dass mit dieser Ausführung ein verbessertes Amplitudenverhältnis erreicht ist. Die Stressamplitude innerhalb der Kompensationsschicht ist wesentlich reduziert und der größte Schwingungsbauch praktisch vollständig innerhalb der
piezoelektrischen Schicht PS platziert. Gegenüber einem BAW- Resonator ohne TCF-Kompensation, wie er in Figur 2A
dargestellt ist, ist das Amplitudenverhältnis nur geringfügig verschlechtert, gegenüber einem bekannten BAW-Resonator mit Stresskompensation, wie er in Figur 2B dargestellt ist, jedoch stark verbessert. Da der Anteil der nutzbaren
akustischen Energie, der innerhalb der piezoelektrischen Schicht PS lokalisiert ist, ein Maß für piezoelektrische Kopplung ist, wird klar, dass der in Figur 2C dargestellte erfindungsgemäße BAW-Resonator mit dicker Kompensations- schicht KS eine verbesserte piezoelektrische Kopplung
aufweist bzw. eine piezoelektrische Kopplung, die wesentlich weniger durch die Kompensationsschicht reduziert ist als der bekannte BAW-Resonator mit TCF-Kompensation.
Ähnliche Verhältnisse bzw. ähnliche Verteilungen der
akustischen Energie innerhalb des erfindungsgemäßen BAW- Resonators werden erhalten, wenn die Gesamtdicke der
Niederimpedanzschicht LI und der Kompensationsschicht KS 5/4, 7/4 oder ein höheres ungeradzahliges Vielfaches von λ/4 beträgt .
Figur 3 zeigt ein an sich bekanntes aus Resonatoren
hergestelltes Filter vom Leiter-Typ. Ein solches Filter umfasst in einem Serienzweig zwischen einem ersten
Filteranschluss Tl und einem zweiten Filteranschluss T2 eine Reihe von hier drei in Serie geschalteten Resonatoren, die erfindungsgemäß mit der Kompensationsschicht versehen sind. Parallel zu diesem Serienzweig sind hier zwei Parallelzweige gegen ein Bezugspotenzial geschaltet, in denen jeweils ein BAW-Resonator angeordnet ist. Da die Resonatoren, aus denen das Filter aufgebaut ist, einen stark reduzierten bis
vollständig kompensierten Temperaturkoeffizienten der
viskoelastischen Eigenschaften aufweisen, kann ein solches Filter mit den erfindungsgemäßen BAW-Resonatoren mit einem auf null reduzierten Temperaturdrift der Mittenfrequenz aufgebaut werden. Damit ist ein Toleranzvorbehalt, der den TCF berücksichtigt, nicht mehr erforderlich. Dies hat zur Folge, dass ein solches wie beispielsweise in Figur 3
dargestelltes Filter nun auch für Frequenzbänder die
dazugehörigen Mobilfunksysteme eingesetzt werden kann, die eine hohe Flankensteilheit wegen einer geringen Bandlücke zwischen zwei benachbarten Bändern aufweisen müssen. Solche steilflankige Filter können nun mit einem aus den
vorgestellten BAW-Resonatoren hergestellten Filter erzielt werden. Weitere Anwendungen für den BAW-Resonator ergeben sich bei allen anderen frequenzgenauen Anwendungen,
insbesondere bei Oszillatoren.
In einem aus den erfindungsgemäßen Resonatoren hergestellten Filter sind üblicherweise zumindest die metallischen
Schichten des akustischen Spiegels AS strukturiert. Die dielektrischen Schichten wie auch die Kompensationsschicht KS können ganzflächig ausgeführt werden. Durch Strukturierung der Elektrodenschichten El, E2 und der piezoelektrischen Schicht PS während und nach der Abscheidung gelingt es, mehrere BAW-Resonatoren in der gewünschten Weise miteinander zu verschalten. Die Elektrodenschichten El, E2 können dabei gleichzeitig zur Herstellung der elektrischen Verbindungen zwischen benachbarten BAW-Resonatoren verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr umfasst ein erfindungsgemäßer BAW-Resonator auch Ausführungsformen, die von den dargestellten abweichen. Die Erfindung schließt nicht aus, dass im Schichtenstapel neben den genannten
Schichten weitere Funktions-, Hilfs- und Zwischenschichten vorhanden sind, beispielsweise haftungsunterstützende
Schichten an der Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Schichten mit unterschiedlichen Schichtmaterialien. Die
Schichtdicken solcher Funktionsschichten sind üblicherweise gering und liegen im Bereich zwischen 10 und 150 nm. Weiterhin kann ein erfindungsgemäßer BAW-Resonator bzw. ein aus den BAW-Resonatoren hergestelltes Filter mit einem integrierten Package versehen werden. Dazu ist es möglich, das Substrat mit dem nach unten weisenden Schichtenstapel auf einen Träger aufzubonden, beispielsweise über Bump- Verbindungen. Möglich ist es auch, eine Verkapselung auf dem Substrat SU aufzusetzen. Weiterhin ist es möglich,
Verkapselungsschichten über dem Schichtenstapel aufzubringen,
die eine weitere Kompensationsschicht umfassen können, beispielsweise eine Si02-Schicht .
Bezugs zeichenliste
RES BAW Resonator
ST SchichtenStapel
El, E2 Elektrodenschichten
PS piezoelektrische Schicht
HI Hochimpedanzschicht
LI Niederimpedanzschcht
AS akustischer Spiegel
KS Kompensationsschicht
SU Substrat
Tl, T2 FilteranSchlüsse