專利名稱：具有改進(jìn)的溫度補(bǔ)償?shù)膲弘娋w諧振器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有溫度補(bǔ)償以及改進(jìn)的機(jī)電耦合系數(shù)的壓電晶體諧振器，及其制造方法。
背景技術(shù)：
在電子裝置中采用壓電晶體諧振器日漸增加。壓電晶體諧振器例如適于用在移動電話中以從頻譜中濾除頻率。除了移動電話，允許無線通信的所有模塊通常都是壓電晶體諧振器的典型應(yīng)用。這些模塊例如是用在膝上型計算機(jī)或PDA中從而和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)無線通信。
壓電晶體諧振器包括至少兩個電極，其間配設(shè)有壓電層。一種壓電晶體諧振器的特殊例子是所謂的BAW(體聲波)諧振器，其根據(jù)施加的交流電壓的頻率而具有高或低電阻抗。BAW濾波器在此用作開關(guān)，當(dāng)兩個電極之間的交流電壓頻率在諧振頻帶之內(nèi)時閉合，而當(dāng)該交流電壓的頻率不在諧振頻帶之內(nèi)時斷開。
壓電晶體諧振器以及體聲波諧振器的諧振頻率是依賴于溫度的。對于壓電晶體諧振器，諧振頻率對溫度的依賴性是決定性性能特性，因?yàn)槠錄Q定了壓電晶體諧振器工作時諧振頻率的變化范圍。當(dāng)運(yùn)行壓電晶體諧振器時，必須在腦中銘記選擇所采用的壓電晶體諧振器的通過區(qū)域(pass region)的極限，從而在整個溫度范圍內(nèi)，濾出的頻率在該通過區(qū)域的極限之內(nèi)。壓電晶體諧振器的諧振頻率對溫度依賴性的降低允許制造具有改進(jìn)特性的濾波器，同時制造成品率增加。當(dāng)測試壓電晶體諧振器時，僅有那些在壓電晶體諧振器整個指定溫度范圍其諧振頻率在制造商預(yù)定的極限之內(nèi)的才被分類為適于交貨。
對壓電晶體諧振器的這個要求導(dǎo)致了通帶性能或生產(chǎn)中制造成品率的惡化。
圖7顯示了傳統(tǒng)的壓電晶體諧振器。三個導(dǎo)電層3以及兩個絕緣層5交替的涂敷到基底1。第一電極7a設(shè)置在最上面的導(dǎo)電層5上。第一電極7a由第一聲學(xué)致密層9a覆蓋，該致密層之上沉積有壓電層11。壓電層11由第二聲學(xué)致密層9b覆蓋，該致密層上是第二電極7b。
當(dāng)在第一電極7a和第二電極7b之間施加交流電壓時，在該多層結(jié)構(gòu)中形成機(jī)械波。在諧振頻率，電極7a、7b內(nèi)有電流。在此所示的壓電晶體諧振器的諧振頻率取決于多層結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸、環(huán)境溫度以及該多層結(jié)構(gòu)中使用的材料。
然而，諧振頻率的值非常依賴于溫度是圖7所示的傳統(tǒng)壓電晶體諧振器的缺點(diǎn)。這主要是由于壓電層11對壓電晶體諧振器諧振頻率值的影響依賴于溫度。所謂的形成壓電層11的材料的諧振頻率溫度系數(shù)是影響壓電晶體諧振器諧振頻率值的度量。
聲學(xué)致密層9a、9b的特征是高聲阻抗，并使機(jī)械波極小程度地從壓電層傳播到在此所示多層結(jié)構(gòu)的其他層，特別是電極7a、7b。同時，聲學(xué)致密層9a、9b由具有低電阻率的材料形成，因此它們具有較強(qiáng)導(dǎo)電性。
為了減少壓電晶體諧振器諧振頻率對溫度的依賴性，有多種可行方法。然而，容易實(shí)施的唯一方法是將非晶二氧化硅層沉積在壓電層11上，使得設(shè)置在兩個電極7a、7b之間的多層結(jié)構(gòu)尤其包括壓電層11和非晶二氧化硅層。
非晶二氧化硅具有正的諧振頻率溫度系數(shù)，而形成壓電層11的材料優(yōu)選地包括負(fù)的諧振頻率溫度系數(shù)。為了獲得諧振頻率對溫度依賴性的顯著改進(jìn)，必須在兩個電極7a、7b之一和壓電層11之間，優(yōu)選的是在兩個聲學(xué)致密層9a、9b之一和壓電層11之間設(shè)置非晶二氧化硅層，該層也稱為補(bǔ)償或溫度補(bǔ)償層。在兩個電極7a、7b之一和壓電層11之間的該區(qū)域，運(yùn)行壓電晶體諧振器時所產(chǎn)生的機(jī)械波具有高振幅。
在兩個電極7a、7b之一和壓電層11之間設(shè)置非晶二氧化硅層的方法適于補(bǔ)償諧振頻率的溫度依賴性，然而伴隨而來的是機(jī)電耦合系數(shù)Keff的值降低，這導(dǎo)致壓電晶體諧振器的通過區(qū)域更為窄帶。這對于壓電晶體諧振器的使用方式有負(fù)面影響。
機(jī)電耦合系數(shù)的降低有兩個原因。首先，在非晶二氧化硅補(bǔ)償層中形成的電場導(dǎo)致了壓電層11中電場的降低，并因此使機(jī)電耦合惡化。
聲學(xué)致密層9a、9b、壓電層11以及非晶二氧化硅層被認(rèn)為是兩個電阻器的串聯(lián)連接，其中壓電層以及非晶二氧化硅層處的電壓降取決于這兩個層的導(dǎo)電性。由于聲學(xué)致密層9a、9b具有導(dǎo)電性高的特征，因此它們不影響該串聯(lián)連接的性能以及壓電層11和在非晶二氧化硅層處的電壓降。
在僅在兩個電極7a、7b之間設(shè)置壓電層11的壓電晶體諧振器中，全部電壓降會在壓電層11上，從而其中形成的電場會大于還在兩個電極7a、7b之一和壓電層11之間額外設(shè)置非晶二氧化硅層的壓電晶體諧振器內(nèi)形成的電場。
非晶二氧化硅的特征在于高電阻率，導(dǎo)致非晶二氧化硅層的特征在于弱導(dǎo)電性。這導(dǎo)致在聲學(xué)致密層9a、9b、非晶二氧化硅層、以及壓電層11的串聯(lián)連接中，兩個電極7a、7b之間相當(dāng)大部分電壓落在非晶二氧化硅層。由此使得壓電層11上的電壓降降低，因此壓電層11內(nèi)的電場減小。壓電層11內(nèi)的電場減小又降低了壓電晶體諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)。
除了這些，用作諧振頻率的溫度依賴性補(bǔ)償層的非晶二氧化硅層還具有相對較小的聲阻，這使得它與壓電晶體諧振器內(nèi)的壓電層11以及電極材料的協(xié)作使用更加困難。
機(jī)電耦合系數(shù)Keff的降低在壓電晶體諧振器的多數(shù)應(yīng)用中是不能忍受的，尤其是當(dāng)其實(shí)現(xiàn)為體聲波諧振器時。這使得在壓電晶體諧振器中應(yīng)用非晶二氧化硅層補(bǔ)償諧振頻率對溫度的依賴性更為困難。
例如在移動電話內(nèi)要求體聲波諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)高于0.9這一臨界值。
DE 10045090 A1公開了一種具有第一電極和第二電極以及其間設(shè)置的壓電諧振器的共鳴器。在該共鳴器中，壓電層和第一電極之間有聲學(xué)致密層，該聲學(xué)致密層具有高于第一電極的聲阻抗。
US 4456850公開了一種壓電晶體薄膜諧振器，其中在壓電材料的兩個薄膜之間插入二氧化硅薄膜，其具有和壓電材料的諧振頻率溫度系數(shù)符號相反的諧振頻率溫度系數(shù)。該多層結(jié)構(gòu)設(shè)置在兩個電極薄膜之間并沉積在基底上。
在Applied Physics Letters(vol.74，no.20，1999年5月17日)上的文章“Eigenschaften von Aluminiumitrid-Dünnfilmen für piezoelektrischeWandler und Mikrowellen-Filter Anwendungen”中，討論了具有近似零的諧振頻率溫度系數(shù)的薄膜體共鳴器。在上述研究中，解釋說SiO2層的正諧振頻率溫度系數(shù)對諧振頻率具有穩(wěn)定化影響，因?yàn)樗a(bǔ)償了用AlN制造的壓電層的負(fù)諧振頻率溫度系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有溫度補(bǔ)償?shù)膲弘娋w諧振器，其具有改進(jìn)的機(jī)電耦合系數(shù)并且制造起來更便宜。
通過根據(jù)權(quán)利要求1的壓電晶體諧振器以及根據(jù)權(quán)利要求18的制造該壓電晶體諧振器的方法來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
本發(fā)明提供一種壓電晶體諧振器，它包括具有第一符號的第一諧振頻率溫度系數(shù)的壓電層；第一和第二電極，其中該壓電層設(shè)置在第一和第二電極之間；以及補(bǔ)償層，其設(shè)置在第一電極和壓電層之間，并包含具有第二符號的第二諧振頻率溫度系數(shù)的補(bǔ)償材料，該第二符號與第一符號相反，其特征在于為該補(bǔ)償材料提供修改材料，以增加該補(bǔ)償層在第一電極和壓電層之間方向上的導(dǎo)電性。
同時，本發(fā)明提供一種制造壓電晶體諧振器的方法，包括產(chǎn)生具有壓電層、第一和第二電極、以及補(bǔ)償層的結(jié)構(gòu)的步驟，其中該壓電層具有第一符號的諧振頻率溫度系數(shù)，該壓電層設(shè)置在第一和第二電極之間，該補(bǔ)償層設(shè)置在第一電極和壓電層之間，并包含具有和第一符號相反的第二符號的第二諧振頻率溫度系數(shù)的補(bǔ)償材料，其特征在于執(zhí)行產(chǎn)生步驟，使得向該補(bǔ)償層提供修改材料，以增加該補(bǔ)償層在第一電極和壓電層之間方向上的導(dǎo)電性。
本發(fā)明是基于如下發(fā)現(xiàn)的，即可給壓電晶體諧振器內(nèi)的補(bǔ)償層的補(bǔ)償材料提供修改材料，從而增加該補(bǔ)償層在電極和壓電層之間的方向上的導(dǎo)電性，同時修改材料不會抵消補(bǔ)償材料的期望聲學(xué)特性。當(dāng)向壓電晶體諧振器的電極施加電壓時，在補(bǔ)償層和壓電層內(nèi)形成電場。補(bǔ)償層內(nèi)的電場由于給補(bǔ)償材料提供修改材料使得補(bǔ)償層的導(dǎo)電性增加的事實(shí)而被降低，這就是同時壓電層內(nèi)形成的電場增加的原因。壓電層電場的增加使得壓電晶體諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)增加。
在本發(fā)明一個實(shí)施例中，機(jī)電耦合系數(shù)值的增加可以通過在用于補(bǔ)償壓電晶體諧振器的諧振頻率的溫度依賴性的補(bǔ)償層內(nèi)插入修改材料來實(shí)現(xiàn)。這增加了向壓電晶體諧振器的電極施加電壓時壓電層內(nèi)形成的電場，這也是機(jī)電耦合系數(shù)增加的原因。機(jī)電耦合系數(shù)的增加與壓電晶體諧振器濾波特性的改進(jìn)是一致的。
同時，當(dāng)大量生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電晶體諧振器時，創(chuàng)新性地為補(bǔ)償材料提供修改材料使得制造成品率更高。大量生產(chǎn)的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電晶體諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)的統(tǒng)計平均值由于為補(bǔ)償材料提供修改材料而增加。統(tǒng)計平均值的這種增加和制造容許偏差的增加是一致的，這使得大量生產(chǎn)制造出的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電晶體諧振器的絕大部分在制造時的最后測試中都具有高于指定值的機(jī)電耦合系數(shù)，當(dāng)高于該指定值時，壓電晶體諧振器才能在電器中應(yīng)用。
同時，由于增加了制造成品率，所以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電晶體諧振器的制造成本也降低了。
同時，創(chuàng)新性地給補(bǔ)償材料提供修改材料以增加補(bǔ)償層導(dǎo)電性，產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電晶體諧振器的更多靈活變化。由于通常用作補(bǔ)償層的二氧化硅層對壓電層內(nèi)電場的負(fù)面影響減小，所以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電晶體諧振器能同時制造成具有更厚的非晶二氧化硅層。


下面參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1顯示根據(jù)本發(fā)明第一到第三實(shí)施例的壓電晶體諧振器的通用結(jié)構(gòu)；圖2顯示在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電晶體諧振器中具有金屬納米粒子的補(bǔ)償層的結(jié)構(gòu)；圖3顯示在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的壓電晶體諧振器中，包括多層結(jié)構(gòu)金屬薄膜的補(bǔ)償層結(jié)構(gòu)，其中在金屬薄膜之間布置二氧化硅顆粒；圖4顯示在根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的壓電晶體諧振器內(nèi)的補(bǔ)償層結(jié)構(gòu)，其包括用金屬填充的凹槽；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電晶體諧振器的頻率響應(yīng)與傳統(tǒng)壓電晶體諧振器的比較；圖6顯示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例制造壓電晶體諧振器的方法；以及圖7顯示了傳統(tǒng)壓電晶體諧振器的多層結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
在下面優(yōu)選實(shí)施例的描述中，相同元件或具有相同效果的元件將用相同附圖標(biāo)記表示。更具體的，等于或具有如圖7所示那些元件相同效果的元件使用相同附圖標(biāo)記，下面的說明限于解釋與圖7所示結(jié)構(gòu)的不同之處。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明第一到第三實(shí)施例的壓電晶體諧振器的通用結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明第一到第三實(shí)施例的壓電晶體諧振器與圖7所示傳統(tǒng)壓電晶體諧振器的不同之處在于，在第一聲學(xué)致密層9a上有一個補(bǔ)償層13，在該補(bǔ)償層13上設(shè)置壓電層11。
補(bǔ)償層13的功能及其實(shí)施例將在下面圖2到5所示實(shí)施例中更詳細(xì)進(jìn)行說明。
圖2顯示了在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電晶體諧振器內(nèi)的補(bǔ)償層13的第一實(shí)施例。在補(bǔ)償層13內(nèi)引入金屬納米粒子15，金屬納米粒子15的尺寸從第一聲學(xué)致密層9a擴(kuò)展到沉積在補(bǔ)償層13上的覆蓋層17。覆蓋層17使用導(dǎo)電材料制成，優(yōu)選由金屬制成。壓電層11沉積在覆蓋層17上。A部分解釋了圖2所示的層怎樣布置在圖1所示多層結(jié)構(gòu)中。
當(dāng)向圖2未顯示的電極7a、7b施加電壓時，在電極7a、7b之間形成電場。因?yàn)殡姌O7a、7b之間設(shè)置的層代表串聯(lián)的電阻器，所以各層的電壓降取決于該層的導(dǎo)電性。該多層結(jié)構(gòu)各層內(nèi)的電場強(qiáng)度值因此也取決于各個層的導(dǎo)電性。
如上所述，電極7a、7b、覆蓋層17以及聲學(xué)致密層9a、9b使用導(dǎo)電材料制成，因此其中不形成電場。僅有補(bǔ)償層13和壓電層11用絕緣材料制成。在此，絕緣層內(nèi)的電場強(qiáng)度相互影響，從而當(dāng)補(bǔ)償層13內(nèi)電場強(qiáng)度大時，壓電層11內(nèi)電場強(qiáng)度小，或當(dāng)補(bǔ)償層13內(nèi)電場強(qiáng)度小時，壓電層11內(nèi)的電場強(qiáng)度大。
通過將金屬納米粒子15引入補(bǔ)償層13，補(bǔ)償層13在第一電極7a和壓電層11之間方向上的導(dǎo)電性增加，由此導(dǎo)致補(bǔ)償層13在第一電極7a和壓電層11之間方向上的電場強(qiáng)度降低。補(bǔ)償層13電場強(qiáng)度的降低的結(jié)果是壓電層11的電場強(qiáng)度增加，同時使得在此所示的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電晶體諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)增加。因此，第一電極7a和第二電極7b之間的大部分電場集中于壓電層11。
設(shè)置在補(bǔ)償層13和壓電層11之間的覆蓋層17用于使得包括非晶二氧化硅以及引入的金屬納米粒子15兩個區(qū)域的補(bǔ)償層13內(nèi)的電場在其垂直分布上，即在和兩個電極7a、7b之間的方向垂直的方向上更加均勻。
然而除了金屬納米粒子15，還可以引入用金屬材料制成的金屬絲或線。
除了將金屬納米粒子15引入補(bǔ)償層13，還可將能增加補(bǔ)償層13導(dǎo)電性的適當(dāng)摻雜原子引入到補(bǔ)償層13中。
通過給補(bǔ)償層13的補(bǔ)償材料提供修改材料，當(dāng)向電極7a、7b施加電壓時，補(bǔ)償層13在第一電極7a和壓電層11之間方向上的導(dǎo)電性增加，或補(bǔ)償層13在第一電極7a和壓電層11之間方向上的電場減弱。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的壓電晶體諧振器的補(bǔ)償層13的另一個實(shí)施例。這里，該補(bǔ)償層13由第一金屬薄膜21a、第二金屬薄膜21b以及第三金屬薄膜21c形成。在金屬薄膜21a-c之間引入二氧化硅顆粒19。同樣，在圖3所示補(bǔ)償層13的實(shí)施例中，補(bǔ)償層13的聲學(xué)性能由非晶二氧化硅顆粒19決定性地確定，這樣得到的結(jié)果是補(bǔ)償層13抵消壓電層11產(chǎn)生的壓電晶體諧振器的諧振頻率對溫度的依賴性。
同時，通過在金屬薄膜21a-c之間布置二氧化硅顆粒19并且金屬薄膜21a-c逐層疊加從而這些金屬薄膜相互電連接，補(bǔ)償層13的導(dǎo)電性增加。這樣得到的結(jié)果是與在圖2所示的實(shí)施例中相似，當(dāng)在電極7a、7b之間施加電壓時，補(bǔ)償層13內(nèi)的電場強(qiáng)度降低，這就是壓電層11內(nèi)的電場強(qiáng)度增加的原因。
這樣又使得根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的壓電晶體諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)增加。
圖4顯示了在根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的壓電諧振器中的補(bǔ)償層13的另一個實(shí)施例。在補(bǔ)償層13中，在補(bǔ)償層13中引入在從第一聲學(xué)致密層9a到壓電層11的垂直方向上延伸的孔或凹槽23。在此的凹槽23用金屬填充，這樣增加了補(bǔ)償層13的導(dǎo)電性。當(dāng)在電極7a、7b之間施加電壓時，這會影響壓電層11內(nèi)的電場強(qiáng)度，因此影響根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的壓電晶體諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)，這已經(jīng)在補(bǔ)償層13的先前實(shí)施例中進(jìn)行了說明。
圖5顯示了在圖2中討論的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電晶體諧振器的頻率響應(yīng)和傳統(tǒng)諧振器頻率響應(yīng)的比較。在1.82GHz到1.92GHz之間頻帶部分在x軸上以線性標(biāo)度標(biāo)出頻率，而諧振器阻抗在y軸上以對數(shù)標(biāo)度標(biāo)出。根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電諧振器的頻率響應(yīng)25和傳統(tǒng)諧振器的頻率響應(yīng)27的不同在于，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電諧振器的阻抗最小值P1處于比傳統(tǒng)諧振器阻抗最小值P2小的頻率值處。在此，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的諧振器以及傳統(tǒng)諧振器的阻抗最大值P3在相同的頻率值處。
從測量的頻率響應(yīng)25、27的比較可以明顯看出，在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的諧振器中，阻抗最小值P1和阻抗最大值P3的頻率值之間的距離大于傳統(tǒng)諧振器中的距離，在傳統(tǒng)諧振器中，阻抗最小值P2在較高頻率值處。正如從文獻(xiàn)中已知的，例如從上述Applied Physics Letters(vol.74，no.20，1999年5月17日)提及的文章已知的，該文章已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)說明中引用，機(jī)電耦合系數(shù)的平方，即Keff2，直接和出現(xiàn)壓電晶體諧振器阻抗最小值及阻抗最大值的頻率值的差成比例。因此，很明顯該測量結(jié)果是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電晶體諧振器相較于傳統(tǒng)壓電晶體諧振器具有更大的機(jī)電耦合系數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電晶體諧振器中，補(bǔ)償層13的導(dǎo)電性由于在第一電極7a和壓電層11之間的方向上引入金屬納米粒子15而增加，這也是當(dāng)在兩個電極7a、7b之間施加電壓時，補(bǔ)償層13內(nèi)形成的寄生電場減弱的原因。然而優(yōu)點(diǎn)是不影響對壓電晶體諧振器的溫度依賴性的補(bǔ)償，因?yàn)樵撗a(bǔ)償僅取決于補(bǔ)償層13的聲學(xué)特性，而該聲學(xué)特性仍主要受補(bǔ)償層13中非晶二氧化硅的影響。
對于在圖3和4中討論的根據(jù)本發(fā)明第二和第三實(shí)施例的壓電晶體諧振器的頻率響應(yīng)，有類似的影響結(jié)果。在此，也給補(bǔ)償層13內(nèi)的補(bǔ)償材料提供修改材料，用于增加其導(dǎo)電性，從而使得和傳統(tǒng)壓電晶體諧振器相比，出現(xiàn)阻抗最小值P1和阻抗最大值P3的頻率之間的距離增加。
因此，除了在傳統(tǒng)壓電晶體諧振器中可能的頻譜之外，還能應(yīng)用至少部分或完全的溫度補(bǔ)償?shù)綁弘娋w諧振器的另一頻譜，因?yàn)檠a(bǔ)償層13導(dǎo)電性的增加抵消了由于增加補(bǔ)償層13的層厚度而引起的機(jī)電耦合系數(shù)的降低。
因此，在圖2中討論的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電晶體諧振器能被制造成具有比在傳統(tǒng)壓電晶體諧振器中可能的還要厚的補(bǔ)償層13，因?yàn)橥ㄟ^引入金屬納米粒子15，補(bǔ)償層13較大層厚度對其導(dǎo)電性的以及因此對機(jī)電耦合系數(shù)的負(fù)面影響減少。
由于傳統(tǒng)壓電晶體諧振器中的補(bǔ)償層13形成為絕緣層或電介質(zhì)層形成，因此，在本發(fā)明實(shí)施例中提及的增加補(bǔ)償層13導(dǎo)電性的方法還可以被認(rèn)為是導(dǎo)電性的人為增長或人為導(dǎo)電性。因?yàn)閭鹘y(tǒng)壓電晶體諧振器內(nèi)的補(bǔ)償層13通常非常薄，所以補(bǔ)償層13導(dǎo)電性能的微小增長通常足以以期望方式改進(jìn)壓電晶體諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)。
當(dāng)增加補(bǔ)償層13的導(dǎo)電性時，使該增加發(fā)生在垂直方向上，即在圖1所示壓電晶體諧振器多層結(jié)構(gòu)電極7a、7b之間的方向上是決定性的。
圖6說明了一種根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例制造壓電晶體諧振器的方法。首先，在步驟S1提供壓電晶體諧振器的基底1。隨后，在步驟S3交替沉積導(dǎo)電層3和絕緣層5。之后，在步驟S5，在導(dǎo)電層3的最上面沉積第一電極7a。隨后，在相同方法步驟中用第一聲學(xué)致密層9a覆蓋第一電極7a。
在隨后的步驟S7中，具有粗糙表面的金屬層被沉積到第一聲學(xué)致密層9a上。隨后，在方法步驟S9中，補(bǔ)償層13被沉積到具有粗糙表面的金屬層上，它被布置在背離第一聲學(xué)致密層9a的具有粗糙表面的金屬層的表面上。此后，在步驟S11打磨補(bǔ)償層13，其中打磨補(bǔ)償層13直到到達(dá)金屬層粗糙表面的高度，金屬層也被部分打磨。當(dāng)檢查被打磨的補(bǔ)償層13的平面時，能夠識別出通過打磨金屬層粗糙表面高度形成的區(qū)域。隨后，在步驟S13，在背離金屬層的補(bǔ)償層13的表面上沉積金屬覆蓋層17。壓電層11、第二聲學(xué)致密層9b以及第二電極7b在最后的方法步驟S15中被逐層沉積在金屬覆蓋層17上。
將補(bǔ)償層13沉積到具有粗糙表面的金屬層上并隨后在步驟S11打磨補(bǔ)償層13導(dǎo)致補(bǔ)償層13導(dǎo)電性的增加，增加了貫穿補(bǔ)償層13形成的粗糙表面的金屬層的表面的高度。在用于根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的壓電晶體諧振器的制造方法中，在步驟S13沉積具有導(dǎo)電材料的覆蓋層17，用于當(dāng)在第一電極7a和第二電極7b之間施加電壓時，使得補(bǔ)償層13內(nèi)的電場更為均勻。
在上述實(shí)施例中，補(bǔ)償層13在用于制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電晶體諧振器的方法中被打磨。任何打磨補(bǔ)償層13的形式，例如磨光、優(yōu)選的甚至是化學(xué)機(jī)械拋光或甚至蝕刻處理，都是可以選擇的方式。
在圖6所示制造方法中，在步驟S7中沉積具有粗糙表面的金屬層。金屬層的替換物可以是用任何導(dǎo)電并具有粗糙表面的材料制成的層。這也可同樣應(yīng)用于在步驟S13沉積的金屬覆蓋層17，它也可用任何導(dǎo)電材料形成。
圖2所示的金屬納米粒子15還可選擇包括任何導(dǎo)電材料。
在本發(fā)明上述實(shí)施例討論的多層結(jié)構(gòu)設(shè)置在三層導(dǎo)電層3以及兩層絕緣層5上的電極7a和7b之間。然而可以選擇省略導(dǎo)電層3和絕緣層5，或可在壓電晶體諧振器內(nèi)第一電極7a和基底1之間設(shè)置任意數(shù)目的導(dǎo)電和絕緣層。
在上述實(shí)施例中，補(bǔ)償層13是用非晶二氧化硅形成的。也可利用諧振頻率溫度系數(shù)與壓電層11的諧振頻率溫度系數(shù)符號相反的任意材料作為替代。在上述實(shí)施例中，聲學(xué)致密層9a、9b是導(dǎo)電的，然而它的替換物是電絕緣的聲學(xué)致密層。
在上述壓電晶體諧振器實(shí)施例中，壓電層11和補(bǔ)償層13設(shè)置在聲學(xué)致密層9a、9b之間。在圖1所示本發(fā)明實(shí)施例的多層結(jié)構(gòu)的電極7a、7b之間設(shè)置任意層或在圖1所示電極7a、7b之間的層序列中引入另外的層都是替換方案。
此外，在圖1所示根據(jù)本發(fā)明第一到第三實(shí)施例的壓電晶體諧振器的通用結(jié)構(gòu)中還能省略聲學(xué)致密層9a、9b。此外，還可以預(yù)見這樣的配置，其中(作為替換或者額外)在上層電極9b(即第二電極9b)和壓電層11之間設(shè)置補(bǔ)償層13。
同樣，可以替換成，在面向第一聲學(xué)致密層9a的補(bǔ)償層13表面上在電極7a、7b之間的層序列中設(shè)置覆蓋層17，優(yōu)選的是當(dāng)該聲學(xué)致密層用絕緣材料形成時。
附圖標(biāo)記列表1基底3導(dǎo)電層5絕緣層7a第一電極7b第二電極9a第一聲學(xué)致密層9b第二聲學(xué)致密層11壓電層13補(bǔ)償層15金屬納米粒子17覆蓋層19二氧化硅顆粒21a第一金屬薄膜21b第二金屬薄膜21c第三金屬薄膜23凹槽25根據(jù)第一實(shí)施例的壓電晶體諧振器的頻率響應(yīng)27傳統(tǒng)壓電晶體諧振器的頻率響應(yīng)P1根據(jù)第一實(shí)施例的壓電晶體諧振器的阻抗最小值P2傳統(tǒng)壓電晶體諧振器的阻抗最小值P3阻抗最大值S1提供基底S3沉積導(dǎo)電層和絕緣層S5沉積第一電極和第一聲學(xué)致密層S7沉積具有粗糙表面的金屬層S9沉積補(bǔ)償層S11打磨補(bǔ)償層S13沉積覆蓋層S15沉積壓電層、第二補(bǔ)償層和第二電極
權(quán)利要求
1.一種壓電晶體諧振器，包括壓電層(11)，具有第一符號的諧振頻率溫度系數(shù)；第一和第二電極(7a，7b)，該壓電層(11)設(shè)置在該第一和第二電極(7a，7b)之間；以及設(shè)置在第一電極(7a)和壓電層(11)之間的補(bǔ)償層(13)，其包括具有和第一符號相反的第二符號的第二諧振頻率溫度系數(shù)的補(bǔ)償材料，其中為該補(bǔ)償材料提供修改材料以增加補(bǔ)償層(13)在第一電極(7a)和壓電層(11)之間方向上的導(dǎo)電性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電晶體諧振器，其形成為體聲波諧振器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電晶體諧振器，其中補(bǔ)償材料包括非晶二氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電晶體諧振器，其中包括導(dǎo)電材料的覆蓋層(17)設(shè)置在補(bǔ)償層(13)和壓電層(11)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電晶體諧振器，其中覆蓋層(17)內(nèi)的導(dǎo)電材料包括金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電晶體諧振器，包括第一電極(7a)和補(bǔ)償層(13)之間的第一聲學(xué)致密層(9a)，該第一聲學(xué)致密層(9a)在第一電極(7a)和補(bǔ)償層(13)之間的方向上具有比第一電極(7a)高的聲阻抗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓電晶體諧振器，其中第一聲學(xué)致密層(9a)包括導(dǎo)電材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電晶體諧振器，包括在第二電極(7b)和壓電層(11)之間的第二聲學(xué)致密層(9b)，該第二聲學(xué)致密層(9b)在第二電極(7b)和壓電層(11)之間的方向上具有比第二電極(7b)高的聲阻抗。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電晶體諧振器，其中第二聲學(xué)致密層(9b)包括導(dǎo)電材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電晶體諧振器，其中修改材料包括引入到補(bǔ)償材料中的摻雜原子。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電晶體諧振器，其中修改材料包括由導(dǎo)電材料制成的多個納米粒子(15)，這些納米粒子嵌入到作為基質(zhì)的補(bǔ)償材料中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓電晶體諧振器，其中該多個納米粒子(15)包括多個金屬納米粒子。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電晶體諧振器，其中修改材料包括多條金屬線。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電晶體諧振器，其中補(bǔ)償層(13)包括包含修改材料的第一薄膜(21a)以及包含補(bǔ)償材料并沉積在該第一薄膜上的區(qū)域(19)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓電晶體諧振器，其中包含補(bǔ)償材料的區(qū)域(19)設(shè)置在包含修改材料的第一薄膜(21a)和包含修改材料的第二薄膜(21b)之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電晶體諧振器，其中該修改材料設(shè)置在補(bǔ)償層(13)內(nèi)的孔(23)中，該孔在從壓電層(11)到第一電極(7a)的方向上穿過補(bǔ)償層(13)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的壓電晶體諧振器，其中該修改材料包括金屬。
18.一種制造壓電晶體諧振器的方法，包括步驟產(chǎn)生包括壓電層(11)、第一和第二電極(7a，7b)、以及補(bǔ)償層(13)的結(jié)構(gòu)，其中該壓電層(11)具有第一符號的諧振頻率溫度系數(shù)，該壓電層(11)設(shè)置在第一和第二電極(7a，7b)之間，該補(bǔ)償層(13)設(shè)置在第一電極(7a)和壓電層(11)之間，并由具有和第一符號相反的第二符號的第二諧振頻率溫度系數(shù)的補(bǔ)償材料制成，其特征在于這樣執(zhí)行該產(chǎn)生步驟，即，向該補(bǔ)償層提供修改材料，以增加該補(bǔ)償層(13)在第一電極(7a)和壓電層(11)之間方向上的導(dǎo)電性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中產(chǎn)生所述結(jié)構(gòu)的步驟包括步驟(S9)在具有粗糙表面的導(dǎo)電層上沉積補(bǔ)償層(13)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中產(chǎn)生該結(jié)構(gòu)的步驟包括另一步驟(S11)在將補(bǔ)償層(13)沉積到具有粗糙表面的導(dǎo)電層上的步驟(S9)后，侵蝕該補(bǔ)償層(13)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中侵蝕補(bǔ)償層(13)的步驟(S11)是這樣執(zhí)行的，即，使補(bǔ)償層(13)包括具有背離具有粗糙表面的導(dǎo)電層的第一區(qū)域的表面，這源于導(dǎo)電層粗糙表面的受侵蝕高度，還包括由于侵蝕的補(bǔ)償層(13)而產(chǎn)生的第二區(qū)域。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中產(chǎn)生該結(jié)構(gòu)的步驟包括另一步驟(S13)在背離具有粗糙表面的導(dǎo)電層的補(bǔ)償層(13)表面上沉積覆蓋層(17)。
全文摘要
壓電晶體諧振器，包括具有第一符號的第一諧振頻率溫度系數(shù)的壓電層(11)；第一和第二電極(7a，7b)，該壓電層(11)設(shè)置在第一和第二電極(7a，7b)之間；以及配置在第一電極(7a)和壓電層(11)之間的補(bǔ)償層(13)，其補(bǔ)償材料具有和第一符號相反的第二符號的第二諧振頻率溫度系數(shù)，其中給該補(bǔ)償材料提供修改材料以增加補(bǔ)償層(13)在第一電極(7a)和壓電層(11)之間方向上的導(dǎo)電性。
文檔編號H03H9/00GK1801613SQ20051010474
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者R·埃納 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司