(19)國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利(65)同一申請(qǐng)的已公布的文獻(xiàn)號(hào)(30)優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)(74)專利代理機(jī)構(gòu)中國貿(mào)促會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司11038專利代理師陳華成HO3H9/02(2006.01)US2011180391A1,2011.07.28審查員張瑞(73)專利權(quán)人QORVO美國公司地址美國北卡羅來納(54)發(fā)明名稱聲諧振器一種聲諧振器，包括第一壓電層、第二壓電電層具有第一極性。所述第二壓電層具有與所述第一極性相反的第二極性。所述耦合器層在所述第一壓電層和所述第二壓電層之間。所述第一電極在所述第一壓電層上與所述耦合器層相對(duì)。所第一壓電層2第一壓電層，所述第一壓電層具有第一極性；第二壓電層，所述第二壓電層具有第二極性，其中第一極性和第二極性具有壓電常數(shù)的相反符號(hào)；耦合器層，所述耦合器層在所述第一壓電層和所述第二壓電層之間；第一電極，所述第一電極在所述第一壓電層上與所述耦合器層相對(duì)；以及第二電極，所述第二電極在所述第二壓電層上與所述耦合器層相對(duì)；其中第二過模體聲波諧振器被配置為通過第一壓電層、耦合器層和第二壓電層激發(fā)二階模式，其中，所述第一壓電層和所述第二壓電層各自具有第二聲阻抗，使得所述第一聲阻抗除以所述第二聲阻抗大于1.0。2.如權(quán)利要求1所述的第二過模體聲波諧振器，其中所述第一聲阻抗除以所述第二聲阻抗大于1.5。3.如權(quán)利要求1所述的第二過模體聲波諧振器，其中所述第一聲阻抗除以所述第二聲阻抗大于2.0。4.如權(quán)利要求1所述的第二過模體聲波諧振器，其中所述第一聲阻抗除以所述第二聲阻抗大于3.0。5.如權(quán)利要求1所述的第二過模體聲波諧振器，其中所述耦合器層為金屬層。6.如權(quán)利要求5所述的第二過模體聲波諧振器，其中所述第一壓電層和所述第二壓電層為氮化鋁。7.如權(quán)利要求6所述的第二過模體聲波諧振器，其中所述第一電極和所述第二電極為鎢。8.如權(quán)利要求5所述的第二過模體聲波諧振器，其中所述耦合器層為鉬、鎢和鋨中的一種。9.如權(quán)利要求8所述的第二過模體聲波諧振器，其中所述第一壓電層和所述第二壓電層為氮化鋁。10.如權(quán)利要求9所述的第二過模體聲波諧振器，其中所述第一電極和所述第二電極為鎢。11.如權(quán)利要求1所述的第二過模體聲波諧振器，其中：所述第一壓電層和所述第二壓電層的厚度在350nm和1050nm之間；并且所述耦合器層的厚度在30nm和120nm之間。12.如權(quán)利要求1所述的第二過模體聲波諧振器，其中：所述耦合器層具有第一厚度；并且所述第一電極和所述第二電極具有第二厚度，使得所述第一厚度除以所述第二厚度在0.1和0.4之間。13.如權(quán)利要求12所述的第二過模體聲波諧振器，其中：所述第一壓電層和所述第二壓電層的厚度在350nm和1050nm之間；所述耦合器層的第一厚度在30nm和120nm之間；并且3所述第一電極和所述第二電極的第二厚度在100nm和300nm之間。14.如權(quán)利要求13所述的第二過模體聲波諧振器，其中：所述第一壓電層和所述第二壓電層為氮化鋁；所述第一電極和所述第二電極為鎢。15.如權(quán)利要求12所述的第二過模體聲波諧振器，其中所述第一厚度除以所述第二厚度在0.2和0.3之間。16.如權(quán)利要求15所述的第二過模體聲波諧振器，其中：所述第一壓電層和所述第二壓電層的厚度在350nm和1050nm之間；所述第一電極和所述第二電極的第二厚度在100nm和300nm之間。17.如權(quán)利要求16所述的第二過模體聲波諧振器，其中：所述第一壓電層和所述第二壓電層為氮化鋁；所述第一電極和所述第二電極為鎢。18.如權(quán)利要求1所述的第二過模體聲波諧振器，其中耦合器層在第一壓電層和第二壓電層之間提供聲阻抗，以提供第二過模體聲波諧振器的應(yīng)力分布的增大的積分。19.如權(quán)利要求18所述的第二過模體聲波諧振器，其中耦合器層提供的聲阻抗提供第二過模體聲波諧振器的增強(qiáng)的有效的機(jī)電耦合。4[0002]本申請(qǐng)要求2018年3月28日提交的臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/649,343的權(quán)益，其公開內(nèi)容據(jù)此通過引用整體并入本文。技術(shù)領(lǐng)域[0003]本公開涉及能夠在壓電耦合增強(qiáng)的情況下以更高階模式操作的體聲波(BAW)諧振背景技術(shù)[0004]圖1示出了基模體聲波(BAW)諧振器10?；AW諧振器10包括在第一電極14和第二電極16之間的壓電層12.壓電層12、第一電極14和第二電極16的厚度以距基模BAW諧振器10的厚度的中心的距離示出，其中d為壓電層12的一半的厚度并且t為第一電極14和第二電極16兩者的厚度。[0005]圖2示出了基模BAW諧振器10的應(yīng)力分布(實(shí)線18)和位移分布(虛線20)。如圖所示，基模BAW諧振器10以基本模式操作，其中對(duì)應(yīng)于正弦波的波長的一半的應(yīng)力分布適合于壓電層12的厚度?；AW諧振器10的有效機(jī)電耦合(kefr)取決于壓電層12的厚度上的應(yīng)力力分布在壓電層12、第一電極14和第二電極16之間的接觸面處可能變得更陡。[0006]在BAW諧振器中激發(fā)更高階模式的可能性允許濾波器能夠以比使用了常規(guī)基模BAW諧振器的情況更高的頻率操作，同時(shí)保持合理的品質(zhì)因子、尺寸和電極厚度。在更高階模式中，在壓電層中激發(fā)對(duì)應(yīng)于基模頻率的整數(shù)倍的應(yīng)力分布。例如，在二階模式(本文中也稱為第二過模)中，正弦波的整個(gè)波長(基模頻率的兩倍)適合于壓電層的厚度。[0007]雖然能夠以更高階模式操作的BAW諧振器允許在高頻下改善性能，但與諸如上面討論的基模BAW諧振器10的基模設(shè)備相比，嘗試制造此類設(shè)備提供了非常差的機(jī)電耦合。因此，需要能夠以更高階模式(諸如具有改進(jìn)的機(jī)電耦合的二階模式)操作的BAW諧振器。發(fā)明內(nèi)容[0008]在一個(gè)實(shí)施方案中，聲諧振器包括第一壓電層、第二壓電層、耦合器層、第一電極和第二電極。第一壓電層具有第一極性。第二壓電層具有與第一極性相反的第二極性。耦合器層在第一壓電層和第二壓電層之間。第一電極在第一壓電層上與耦合器層相對(duì)。第二電極在第二壓電層上與耦合器層相對(duì)。在第一壓電層和第二壓電層之間提供耦合器層使聲諧振器的機(jī)電耦合系數(shù)增大，從而改善聲諧振器的性能。[0009]本領(lǐng)域的技術(shù)人員在結(jié)合附圖閱讀以下優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述之后，將了解本公開的范圍并且認(rèn)識(shí)到本公開的另外方面。5附圖說明[0010]結(jié)合在本說明書中并形成本說明書的一部分的附圖說明了本公開的若干方面，并且與說明書一起用于解釋本公開的原理。[0011]圖1示出了基模體聲波(BAW)諧振器。[0012]圖2示出了基模BAW諧振器的應(yīng)力響應(yīng)[0013]圖3示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的第二過模BAW諧振器。[0014]圖4示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的第二過模BAW諧振器的應(yīng)力分布和位移[0015]圖5示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的第二過模BAW諧振器。[0016]圖6示出了根據(jù)本公開的各種實(shí)施方案的兩個(gè)第二過模BAW諧振器的應(yīng)力分布。[0017]圖7為根據(jù)本公開的各種實(shí)施方案的示出了若干第二過模BAW諧振器的性能特性的曲線圖。[0018]圖8示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的第二過模BAW諧振器。[0019]圖9示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方案的第二過模BAW諧振器。具體實(shí)施方式[0020]下文陳述的實(shí)施方案代表使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`所述實(shí)施方案的必要信息，并且示出實(shí)踐所述實(shí)施方案的最佳模式。在根據(jù)附圖來閱讀以下描述之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解本公開的概念，并且將認(rèn)識(shí)到本文中未具體提出的這些概念的應(yīng)用。應(yīng)了解，這些概念和應(yīng)用屬于本公開和隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。[0021]應(yīng)理解，雖然在本文中可能使用術(shù)語第一、第二等來描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用來將一個(gè)元件與另一個(gè)元件進(jìn)行區(qū)分。例如，在不脫離本公開的范圍的情況下，第一元件可命名為第二元件，且類似地，第二元件可命名為第一元[0022]應(yīng)理解，當(dāng)諸如層、區(qū)域或基板的元件被稱為在另一元件“上”或延伸到另一元件延伸時(shí)，它可以直接在另一元件上方或直接在另一元件上方延伸，或者也可存在插入元件。元件時(shí)，不存在插入元件。本文中可用于描述圖中所圖示的一個(gè)元件、層或區(qū)域與另一個(gè)元件、層或區(qū)域的關(guān)系。將理解，這些術(shù)語和上文所論述的那些術(shù)語意圖涵蓋設(shè)備的除圖中所描繪的取向之外的不同取[0024]本文中使用的術(shù)語僅用于描述特定實(shí)施方案的目的，而且并不意在限制本公開。6二壓電層26相對(duì)的第一電極28,以及第二壓電層26上與第一壓電層24相對(duì)的第二電極30。中心的距離示出，其中d為第一壓電層24和第二壓電層26的厚度并且t為第一電極28和第為氮化鋁的氮極性層(c-AlN),而第二壓電層26可以為氮化鋁的鋁極性層(f-AlN)。所述氮電極30的厚度(t)以提供特定的電氣特性和/或聲特性，以便改變第二過模BAW諧振器22的[0029]如上所述，嘗試激發(fā)更高階模式的BAW諧振器面臨的一個(gè)問題是它們通常具有比7[0045]方程(8)表明，第二過模BAW諧振器22始終具有比基模BAW諧振器10更低的機(jī)電耦的機(jī)電耦合系數(shù)僅為基模BAW諧振器10的機(jī)電耦合系數(shù)的80%至90%。8在不存在耦合器層36的情況下第二過模BAW諧[0053]并且在存在耦合器層36的情況下第二過模BAW諧振器22的機(jī)電能量U根據(jù)方程[0056]圖6示出了包括耦合器層36的第二過模BAW諧振器22的應(yīng)力分布(實(shí)線38)和在不36迫使另外的聲能進(jìn)入第一壓電層24和第二壓電層26,從而使應(yīng)力分布的積分增大，從而和第一電極28的接觸面處以及在第二壓電層26和第二電極30的[0057]耦合器層36的聲阻抗(Z)與第一壓電層24和第二壓電層26的聲阻抗(Z)之間的關(guān)二電極30的厚度(t)之間的關(guān)系也可以改變機(jī)電耦合系數(shù)。當(dāng)耦合器層36的厚度除以第一第一電極28和第二電極30的厚度(21/t)以及在y軸上示出在存在耦合器層36的情況下相對(duì)都示出了耦合器層36的聲阻抗與第一壓電層24和第二壓電層26的聲阻抗之間的特定關(guān)系9[0058]在一個(gè)實(shí)施方案中，耦合器層36為金屬層。耦合器層36可以為鋁(Al)、鉬(Mo)、鎢(W或鋨(Os)。取決于為耦合器層36所選擇的材料，可以修改耦合器層36的厚度以提供期望的聲響應(yīng)，以使第二過模BAW諧振器22的機(jī)電耦合系數(shù)增大。對(duì)于厚度為60nm的耦合器層36和厚度為700nm的氮化鋁(A1N)的第一壓電層24和第二壓電層26,耦合器層36的聲阻抗除以第一壓電層24和第二壓電層26的聲阻抗(Z./Z)對(duì)于鋁(A1)耦合器層36為0.50、對(duì)于鉬(Mo)耦合器層36為1.90、對(duì)于鎢(W)耦合器層36為2.75,以及對(duì)于鋨(Os)耦合器層36為3.25。在各種實(shí)施方案中，第一壓電層24和第二壓電層26的厚度可以為350nm至1050nm,第一電極28和第二電極30的厚度可以在100nm和300nm之間，并且耦合器層36的厚度可以在30nm和90nm之間。耦合器層36的厚度可以包括該范圍內(nèi)的任何子范圍，使得在各種實(shí)施方案中，耦合器振器22在高頻應(yīng)用中可能非常有用。[0059]第二過模BAW諧振器22可以為固態(tài)裝配型諧振器(SMR),如圖8所示。在此實(shí)施方案中，第二過模BAW諧振器22設(shè)置在基板42上，在基板42上方設(shè)置有多個(gè)插入層44,使得插入層44位于第二過模BAW諧振器22和基板42之間。插入層44可包括多個(gè)高聲阻抗材料和低聲阻抗材料的交替層。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易理解基板42和插入層44的細(xì)節(jié)，因此這里不再討論。[0060]第二過模BAW諧振器22也可以為薄膜體聲波諧振器(FBAR),如圖9所示。在此實(shí)施方案中，第二