阅读说明：本技术 有效机电耦合系数可调的超高频谐振器 (Ultra-high frequency resonator with adjustable effective electromechanical coupling coefficient ) 是由 孙成亮 温志伟 刘文娟 蔡耀 刘婕妤 徐沁文 谷曦宇 曲远航 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种有效机电耦合系数可调的超高频谐振器,其结构包括：沟槽,电极,压电薄膜；电极位于压电薄膜上表面。沟槽横截面为矩形、梯形、弧形中任一种,长度方向与电极长度方向一致,沟槽数目、宽度和深度据实际情况确定。沟槽可位于压电薄膜上表面或下表面或位于上下表面,若其位于压电薄膜上表面,则位于电极左右两侧；若其位于压电薄膜下表面,则位于电极正下方；若其位于压电薄膜上下表面,则上表面的沟槽位于电极左右两侧,下表面的沟槽位于电极正下方。刻蚀沟槽能够有效减小超高频谐振器的带宽,且可以通过改变沟槽的宽度和深度调节有效机电耦合系数,实现带宽可调。(The invention discloses an ultrahigh frequency resonator with adjustable effective electromechanical coupling coefficient, which structurally comprises: a trench, an electrode, a piezoelectric film; the electrode is located on the upper surface of the piezoelectric film. The cross section of the groove is any one of rectangle, trapezoid and arc, the length direction is consistent with the length direction of the electrode, and the number, the width and the depth of the groove are determined according to actual conditions. The grooves can be positioned on the upper surface or the lower surface of the piezoelectric film or on the upper surface and the lower surface of the piezoelectric film, and if the grooves are positioned on the upper surface of the piezoelectric film, the grooves are positioned on the left side and the right side of the electrode; if the piezoelectric film is positioned on the lower surface of the piezoelectric film, the piezoelectric film is positioned right below the electrode; if the piezoelectric film is positioned on the upper surface and the lower surface of the piezoelectric film, the grooves on the upper surface are positioned on the left side and the right side of the electrode, and the grooves on the lower surface are positioned under the electrode. The bandwidth of the ultrahigh frequency resonator can be effectively reduced by etching the groove, and the effective electromechanical coupling coefficient can be adjusted by changing the width and the depth of the groove, so that the adjustable bandwidth is realized.)

有效机电耦合系数可调的超高频谐振器

技术领域

本发明属于射频谐振器技术领域，具体涉及一种有效机电耦合系数可调的超高频谐振器。

背景技术

随着5G时代的到来，频段数会继续增加。面对越来越拥挤的频段，市场对高频、超高频的滤波器频段的需求越来越大对多频段高频滤波器的需求急剧增加。这对压电谐振器的性能提出了更高的要求。声表面波谐振器早期广泛应用于射频前端，但由于其相速度低、光刻存在限制等原因，主要应用在低频市场，在高频段很难保持优良的性能。与声表面波相比，薄膜体声波谐振器(FBAR)在2.5GHz以上的中高频段具有较低的插入损耗和更好的选择性，并且其具有较高的机械品质因数Q，能够使裙边更陡峭，所以可以代替声表面波谐振器应用于高频滤波器市场。

但SAW和FBAR在超高频领域的应用还是存在限制，近年来，在超高频领域已经出现了一种新型谐振器，但这种新型超高频谐振器的带宽(Δf＝f_p–f_s)往往大于1GHz，很难使用这种谐振器实现小于1GHz的滤波器频段，比如n79(4.4GHz-5GHz)，若想用这种超高频谐振器实现某一较小频段，超高频谐振器的带宽问题亟待解决。本发明就是针对超高频谐振器，实现减小其带宽的需求，由于谐振器的有效机电耦合系数与带宽成正相关的关系，所以减小其带宽也就是减小有效机电耦合系数。

发明内容

为减小超高频谐振器的有效机电耦合系数，本发明提出了一种机电耦合系数可调的超高频谐振器，通过在压电薄膜上表面或下表面或同时在上下表面刻蚀沟槽，可以有效减小有效机电耦合系数，进而减小超高频谐振器带宽。

为实现上述目的，本发明提供的一种机电耦合系数可调的超高频谐振器，其特征在于：包括沟槽，电极和压电薄膜；

所述沟槽横截面为矩形、梯形、弧形中任一种，沟槽长度方向与电极一致；所述沟槽数目以及宽度和深度能根据压电薄膜和电极数目确定；所述沟槽位于压电薄膜上表面或下表面，或同时位于压电薄膜上下表面：

若沟槽位于压电薄膜上表面时，则沟槽位于电极左右两侧；

若沟槽位于压电薄膜下表面时，则沟槽位于电极正下方；

若沟槽同时位于压电薄膜上下表面，则压电薄膜上表面的沟槽位于电极左右两侧，压电薄膜下表面的沟槽位于电极正下方。

作为优选方案，所述电极为单叉指电极或双叉指电极，位于压电薄膜上表面；

所述电极材料为Mo、Al、Cu、Au、Ti、Cr、W中任一种或以其中几种为成分的复合材料；且电极形状为四边形、五边形、环形或椭圆形中任一种；

所述沟槽能用SiO₂、AlN、ScAlN、SiC、ZnO、PVDF、PZT或LiTaO₃中任一种或以其中几种为成分的复合材料填充；

进一步地，所述压电薄膜材料为AlN、ZnO、LiNbO₃、LiTaO₃、PZT或PVDF中任一种或以其中几种为成分的复合材料；

所述压电薄膜形状为四边形、五边形、六边形、圆形、椭圆形或环形中任一种；且所述压电薄膜为X切、Y切或Z切，或旋转不同欧拉角所得到的材料取向。

具体来说，上述最优选方案中的有效机电耦合系数可调的超高频谐振器，其结构包括：沟槽，电极，压电薄膜；所述电极为单叉指电极或双叉指电极，位于压电薄膜上表面，电极材料为Mo、Al、Cu、Au、Ti、Cr、W中任一种或以其中几种为成分的复合材料，且其形状为矩形、梯形等多边形或不规则形状。所述沟槽横截面为矩形、梯形等多边形，长度方向与所述电极一致，沟槽数目以及宽度和深度可以根据压电薄膜和电极数目确定。所述沟槽可位于压电薄膜上表面或下表面，也可同时位于压电薄膜上下表面，若其位于压电薄膜上表面，则位于电极左右两侧；若所述沟槽位于压电薄膜下表面，则其位于电极正下方；若所述沟槽同时位于压电薄膜上下表面，则压电薄膜上表面的沟槽位于电极左右两侧，下表面的沟槽位于电极正下方，所述沟槽可以用SiO₂、AlN、ScAlN、SiC、ZnO、PVDF、PZT、LiTaO₃中任一种或以其中几种为成分的复合材料填充填充。所述压电薄膜材料为AlN、ZnO、LiNbO₃、LiTaO₃、PZT、PVDF中任一种或以其中几种为成分的复合材料，其形状为四边形、五边形、六边形等多边形或不规则图形，且所述压电薄膜为X切、Y切或Z切，或旋转不同欧拉角所得到的材料取向。

在上述有效机电耦合系数可调的超高频谐振器中，通过改变刻蚀沟槽的宽度和深度来改变其有效机电耦合系数，超高频谐振器的带宽能够有效减小，并实现带宽可调。

本发明的有益效果及优点如下：

本发明超高频谐振器通过仅在压电薄膜上表面或下表面刻蚀沟槽，或同时在上下表面刻蚀沟槽，可以明显减小有效机电耦合系数，也就是降低超高频谐振器带宽，并且可以通过改变沟槽的宽度和深度，实现超高频谐振器带宽可调。

附图说明

：

图1是本发明有效机电耦合系数可调的超高频谐振器的结构示意图；

图2是本发明有效机电耦合系数可调的超高频谐振器的俯视图；

图3是本发明有效机电耦合系数可调的超高频谐振器的截面图；

图4是本发明实施例1中的超高频谐振器的仿真效果对比图；

图5是本发明实施例1中的超高频谐振器的有效机电耦合系数与沟槽深度的关系曲线图；

图6本发明实施例1中的超高频谐振器的有效机电耦合系数与沟槽宽度的关系曲线图；

图7本发明实施例2中超高频谐振器的结构示意图；

图8本发明实施例2中超高频谐振器的俯视图；

图9本发明实施例2中超高频谐振器的截面图；

图10本发明实施例3中超高频谐振器的结构示意图；

图11本发明实施例3中超高频谐振器的俯视图；

图12发明实施例3中超高频谐振器的截面图；

图13本发明实施例4中超高频谐振器的结构示意图；

图14本发明实施例4中超高频谐振器的俯视图；

图15发明实施例4中超高频谐振器的截面图；

图16本发明实施例5中超高频谐振器的结构示意图；

图17本发明实施例5中超高频谐振器的俯视图；

图18发明实施例5中超高频谐振器的截面图；

图19本发明实施例6中超高频谐振器的结构示意图；

图20本发明实施例6中超高频谐振器的俯视图；

图21发明实施例6中超高频谐振器的截面图；

图中：1、压电薄膜，2、沟槽，3、叉指电极。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中超高频谐振器采用在压电薄膜叉指电极两侧或压电薄膜下表面或同时在压电薄膜上下表面蚀刻沟槽的方法，能够减小谐振器的横向传播波长，从而提高串联谐振频率f_s，但是并联谐振频率f_p不变，最终可以有效地减小有效机电耦合系数，并且通过控制沟槽的宽度和深度调节有效机电耦合系数。

本发明中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器，其结构包括：沟槽，电极，压电薄膜；

具体实施方式中，所述电极为单叉指电极或双叉指电极，位于压电薄膜上表面，电极材料为Mo、Al、Cu、Au、Ti、Cr、W中中任一种或以其中几种为成分的复合材料填充，且其形状为矩形、梯形等多边形或弧形。所述电极可优选Mo金属材料。

具体实施方式中，所述沟槽横截面为矩形、梯形、弧形中任一种，长度方向与所述电极一致，沟槽数目以及宽度和深度可以根据压电薄膜和电极数目确定。所述沟槽可位于压电薄膜上表面或下表面，也可同时位于压电薄膜上下表面，若其位于压电薄膜上表面，则位于电极左右两侧；若所述沟槽位于压电薄膜下表面，则其位于电极正下方；若所述沟槽同时位于压电薄膜上下表面，则压电薄膜上表面的沟槽位于电极左右两侧，下表面的沟槽位于电极正下方，所述沟槽可以用SiO₂、AlN、ScAlN、SiC、ZnO、PVDF、PZT、LiTaO₃中任一种或以其中几种为成分的复合材料填充。

具体实施方式中，所述压电薄膜材料为AlN、ZnO、LiNbO₃、LiTaO₃、PZT、PVDF中任一种或以其中几种为成分的复合材料，其形状为四边形、五边形、六边形、圆形、椭圆形或环形中任一种，且所述压电薄膜为X切、Y切或Z切，或旋转不同欧拉角所得到的材料取向。

实施例1

如图1-3所示，为本实施例1中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器的结构示意图：

实施例1中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器结构自上而下为叉指电极3、压电薄膜1，刻蚀沟槽2位于压电上表面叉指电极的两侧。

如图4-6所示：

本实施例1中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器的仿真效果图，可知刻蚀沟槽的超高频谐振器的有效机电耦合系数明显降低。

本实施例1中超高频谐振器的有效机电耦合系数与沟槽深度的关系曲线图，可知随着沟槽深度增加，有效机电耦合系数减小。

本实施例1中超高频谐振器的有效机电耦合系数与沟槽宽度的关系曲线图，可知随着沟槽宽度增加，有效机电耦合系数减小。

实施例2

如图7-9所示，为本实施例2中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器的结构示意图：

实施例2中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器结构自上而下为叉指电极3、压电薄膜1，刻蚀沟槽2位于压电下表面叉指电极的正下方位置。

实施例3

如图10-12所示，为本实施例3中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器的结构示意图：

实施例3中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器结构自上而下为叉指电极3、压电薄膜1，刻蚀沟槽2同时位于压电上下表面，压电薄膜上表面的沟槽位于叉指电极左右两侧或电极正下方，下表面的沟槽位于叉指电极正下方。

实施例4

如图13-15所示，为本实施例4中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器的结构示意图：

实施例4中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器结构自上而下为叉指电极3、压电薄膜1，梯形沟槽2位于压电薄膜下表面，梯形沟槽位于叉指电极正下方。

实施例5

如图16-18所示，为本实施例5中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器的结构示意图：

实施例5中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器结构自上而下为叉指电极3、压电薄膜1，梯形沟槽2位于压电上表面叉指电极的两侧。

实施例6

如图19-21所示，为本实施例6中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器的结构示意图：

实施例6中有效机电耦合系数可调的超高频谐振器结构自上而下为叉指电极3、压电薄膜1，梯形沟槽2同时位于压电上下表面，压电薄膜上表面的沟槽位于叉指电极左右两侧或电极正下方，下表面的沟槽位于叉指电极正下方。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来书，可以根据以上说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权力要求的保护范围。