一种双工器
阅读说明：本技术 一种双工器 (Duplexer ) 是由 孙成亮 曲远航 罗天成 谷曦宇 高超 王雅馨 王瑶 温志伟 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及射频滤波器和双工器技术,具体涉及一种双工器,包括衬底基板以及位于衬底基板上的不同频带的接收端滤波器和发射端滤波器；接收端滤波器和发射端滤波器均包括多个堆叠式体声波谐振器,堆叠式体声波谐振器包括衬底、声反射层、底电极、多层压电材料层、多层中间电极层和顶电极。堆叠式体声波谐振器通过压电材料层和各电极层形成多层压电振荡堆串联结构,可以提高谐振器的谐振频率,本发明通过对堆叠式体声波谐振器的堆叠层数进行调整,从而对单个谐振器的谐振频率进行调频,使接收滤波器和发射滤波器的谐振器的谐振频率进行匹配,从而实现双工器的集成。(The invention relates to the technology of radio frequency filters and duplexers, in particular to a duplexer, which comprises a substrate, and a receiving end filter and a transmitting end filter which are positioned on the substrate and have different frequency bands; the receiving end filter and the transmitting end filter respectively comprise a plurality of stacked bulk acoustic wave resonators, and each stacked bulk acoustic wave resonator comprises a substrate, an acoustic reflection layer, a bottom electrode, a plurality of piezoelectric material layers, a plurality of intermediate electrode layers and a top electrode. The stacked bulk acoustic wave resonator can improve the resonant frequency of the resonator by forming a multi-layer piezoelectric oscillation stack series structure through the piezoelectric material layers and the electrode layers.)
技术领域
本发明属于射频滤波器和双工器技术领域，尤其涉及一种双工器。
背景技术
在移动通信设备中，滤波器是其能够进行通信交流的核心部件。伴随着5G时代的到来，移动通信领域朝着更高频率、更宽频带的目标不断发展，智能通讯设备以小型化、轻薄化为发展趋势。然而，由于数据通讯和传输的频带越来越高，移动通信要求覆盖的频率范围越来越大，这意味着需要越来越多的滤波器来实现数据的选择和传输以实现全频段通讯的要求，使移动通讯设备小型化受到了阻碍。双工器的目的是在蜂窝无线电的天线上分离调制的发射信号和接收信号。因此，越来越多的双工器被运用到移动通信设备中，实现宽频带通讯功能的同时保持移动通讯设备的轻薄化、小型化。
双工器的作用是在频分系统中，通过一个天线共享信号的发射和接收，通过内部的发射端滤波器(TX)和接收端滤波器(RX)进行信号的过滤选择等处理。传统的双工器以体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator,以下简称FBAR)、声表面波(SurfaceAcoustic Wave,以下简称SAW)谐振器为基础，分别构造了用FBAR滤波器搭建的双工器和用SAW滤波器搭建的双工器。然而，随着通讯频率的不断提高，SAW滤波器由于本身结构和声表面波性质的限制，中心频率只能到达2GHz左右，满足不了5G通讯频率的要求。体声波谐振频率由压电层的厚度决定，FBAR滤波器的中心频率能达到5G频带，但是在满足5G甚至6G以上的超高频段的同时，自身的压电薄膜层降低至几百甚至几十纳米，这必然造成薄膜缺陷严重降低压电材料的性能，带来伪模式和其他寄生模态，降低器件性能，而且极大增加工艺难度。
传统的体声波谐振器通过减小压电材料层和电极的厚度来提高谐振器的频率，但是材料过薄时会增加加工的工艺难度同时还会带来缺陷降低压电材料的性能，产生伪模式和寄生模式。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种以堆叠式体声波谐振器为基础的双工器。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种双工器，包括衬底基板以及位于衬底基板上的不同频带的接收端滤波器和发射端滤波器；接收端滤波器和发射端滤波器均包括多个堆叠式体声波谐振器。
在上述的双工器中，堆叠式体声波谐振器包括衬底、声反射层、底电极、多层压电材料层、多层中间电极层和顶电极。
在上述的双工器中，衬底为硅衬底、碳化硅衬底、蓝宝石衬底或SOI衬底中任一种。
在上述的双工器中，底电极、顶电极和中间电极层为金属电极，选用金属钼、铂、金、银、铝、钨、钛、铜、钌和铬中的一种或多种组合；压电材料层选择氮化铝、氧化锌、铌酸锂、PZT、铌酸钡钠中的一种或多种组合。
在上述的双工器中，声反射层为空气、高声学阻抗材料与低声学阻抗材料交替构成的布拉格反射层或声子晶体结构。
与现有技术相比，本发明在不改变每层材料厚度的情况下通过对压电材料层和中间电极层的层数进行调整，来提高体声波谐振器的谐振频率，在不减小各层材料厚度的情况下，改变谐振器的谐振频率，更容易地进行谐振频率的匹配，实现双工器的集成，减小双工器的尺寸。在不改变各层薄膜厚度的情况下，降低了工艺难度，可以实现双工器的单片集成和小型化。
附图说明
图1为本发明实施例1的双工器的框图；
图2为本发明实施例1双工器发射端(接收端)带通滤波器的拓扑结构图；
图3为本发明实施例1双工器的截面图；
图4为本发明实施例1双工器发射端(接收端)带通滤波器的截面图。
图5为本发明实施例1堆叠式体声波谐振器的截面图；
图6为本发明实施例2的双工器发射端(接收端)带通滤波器截面图；
图7为本发明实施例1不同堆叠层数堆叠式体声波谐振器阻抗曲线图；
其中，101-天线、102-移相器、103-发射端带通滤波器、104-接收端带通滤波器、105-串联体声波谐振器、106-并联体声波谐振器、110-双工器、201-衬底基板、202-声反射层、203-底电极、204-第一压电材料层、205第一中间电极层、206-第二压电材料层、207-顶电极、208-第二中间电极层、209-第三压电材料层、210-两层压电层堆叠式体声波谐振器、211-第三中间电极层、212-第四压电材料层、220-三层压电层堆叠式体声波谐振器、230-四层压电层堆叠式体声波谐振器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
堆叠式体声波谐振器通过压电材料层和各电极层形成多层压电振荡堆串联结构，可以提高谐振器的谐振频率，本实施例通过对堆叠式体声波谐振器的堆叠层数进行调整，从而对单个谐振器的谐振频率进行调频，使接收滤波器和发射滤波器的谐振器的谐振频率进行匹配，从而实现双工器的集成。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种双工器，包括衬底基板以及位于衬底基板上的接收端滤波器和发射端滤波器；接收端滤波器和发射端滤波器均包括多个堆叠式体声波谐振器。堆叠式体声波谐振器包括衬底、声反射层、底电极、多层压电材料层、多层中间电极层和顶电极。
堆叠式体声波谐振器的压电材料层数至少为两层。
不同的堆叠式体声波谐振器具有不同层数的压电材料层和中间电极层。
声反射层可以是空气也可以是由高声学阻抗材料与低声学阻抗材料交替构成的布拉格反射层或声子晶体结构。
所用衬底为非柔性衬底且适用于体声波谐振器，选用硅衬底、碳化硅衬底、蓝宝石衬底或SOI衬底中任一种。
实施例1：如图1所示，实施例1公开的双工器110的框图，该双工器可以将发射信号和接收信号相隔离，保证接收和发射都能同时正常工作，双工器包括101-天线、102-移相器、不同频带的发射端口滤波器103和接收端口滤波器104。
如图2所示，堆叠式体声波谐振器的带通滤波器的框图。该滤波器由一个串联体声波谐振器105和一个并联体声波谐振器106组成，该滤波器为一阶L型拓扑结构，同时也可以增加串联谐振器和并联谐振器的数目组成不同阶数的不同拓扑结构的带通滤波器，本实施例1以一阶L型拓扑结构为例。
图3所示，是实施例1双工器的截面图。图4是本实施例1双工器中发射端(接收端)带通滤波器的截面图，包括衬底基板201、声反射层202、在衬底基板201和声反射层202上部依次为底电极203、第一压电材料层204、第一中间电极层205、第二压电材料层206、第二中间电极层208、第三压电材料层209、顶电极207。
组成带通滤波器的堆叠式体声波谐振器可以由任意多层压电材料组成，本实施例1以2、3、4层压电材料层为例。
压电材料层具有压电特性可以是氮化铝、氧化锌、铌酸锂、PZT、铌酸钡钠中的一种或多种组合，本实施例1以氮化铝为例。
底电极、顶电极和中间电极层为金属电极，可以选用金属钼、铂、金、银、铝、钨、钛、铜、钌和铬中的一种或多种组合，本实施例1以钼电极为例。
如图5所示，是4层压电材料层堆叠式体声波谐振器的截面图，4层压电材料层堆叠式体声波谐振器包括衬底基板201、声反射层202、在衬底基板201和声反射层202上部依次为底电极203、第一压电材料层204、第一中间电极层205、第二压电材料层206、第二中间电极层208、第三压电材料层209、第三中间电极层211、第四压电材料层212、顶电极207。
实施例2：如图6所示，为以布拉格反射层作为声反射层202的滤波器截面图。
如图7所示，为2、3、4层堆叠式体声波谐振器的阻抗曲线图，从图中可以看出在不改变每层材料层厚度的情况下，随着堆叠层数的增加，谐振器的谐振频率逐步增加，针对目前越来越高的频段要求本实施例可以在不改变压电薄膜层厚度的情况下实现频率的提升，在双工器的搭建过程中也更容易实现谐振频率的匹配，降低加工工艺难度。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
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