WO2003032486A1 - Baw-resonator - Google Patents

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WO2003032486A1
WO2003032486A1 PCT/EP2002/007700 EP0207700W WO03032486A1 WO 2003032486 A1 WO2003032486 A1 WO 2003032486A1 EP 0207700 W EP0207700 W EP 0207700W WO 03032486 A1 WO03032486 A1 WO 03032486A1
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piezoelectric layer
electrode
piezoelectric
layer
baw resonator
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PCT/EP2002/007700
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Robert Aigner
Martin Handtmann
Stephan Marksteiner
Winfried Nessler
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Infineon Technologies Ag
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Priority to EP02762340A priority patent/EP1438787B1/de
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Definitions

  • the present invention relates to BAW resonators with a plurality of layers which have different material orientations;
  • the present invention further relates to BAW filters which comprise such BAW resonators.
  • BAW filters which comprise one or more BAW resonators, for example in a ladder-type circuit, are known in the prior art.
  • the BAW resonators used for these BAW filters are so-called thin-film BAW resonators, i.e. that is, resonators comprising a piezoelectric thin film.
  • the disadvantage of these known BAW filters is that no filter topology is known which carries out a signal conversion from unbalanced / symmetrical (unbalanced / balanced) signals to balanced / unbalanced (balanced / unbalanced) signals without restrictions with regard to common-mode Load impedance to ground occur, or that do without additional coils or transformers / converters.
  • BAW filters have piezo layers at frequencies of greater than 5 GHz, the thickness of which is extremely thin for a basic mode wave (basic mode BAW) ( ⁇ 300 nm).
  • the disadvantage is that at frequencies of more than 5 GHz, the resonators, which have a predetermined impedance level, are smaller than is desirable for reasons of behavior (performance), since here, for example, there is a poor ratio of area to scope of the arrangement results, which leads to strong parasitic effects.
  • Another disadvantage of the known BAW filters is that the thickness of a piezo layer for a basic mode wave (basic mode BAW). Frequencies below 500 MHz will be quite thick (> 5 ⁇ m). This leads to the further disadvantage that, assuming a dielectric constant of 10 (of the substrate), a corresponding individual resonator with an impedance level of 50 ohms will have an area requirement of> 0.5 mm 2 .
  • SAW filters Surface Acoustic Wave
  • Stacked crystal resonator structures are also known in the prior art.
  • the present invention has for its object to provide an improved BAW resonator that does not have the disadvantages mentioned in the prior art.
  • the present invention provides a BAW resonator with
  • a first piezoelectric layer made of a material oriented in a first direction
  • a second piezoelectric layer made of a material oriented in a second direction opposite to the first direction
  • first piezoelectric layer and the second piezoelectric layer are acoustically coupled to one another.
  • the present invention provides a BAW resonator with
  • a piezoelectric layer (116) which has at least two acoustically coupled sections with opposite orientation in a direction of the thickness thereof, by which a first piezoelectric layer (106) and a second piezoelectric layer (108) are defined.
  • the present invention provides a BAW filter that has one or more of the BAW resonators according to the invention.
  • the present invention is based on the knowledge that the disadvantages mentioned at the beginning of known BAW Filters or known BAW resonators can be avoided in that the BAW resonators have piezoelectric layers or sections in a piezoelectric material, the orientations of which are opposite to one another (oriented in an inverted manner). On the one hand, this enables the range of possible applications of such BAW resonators to be significantly increased, and furthermore an increase in the available frequency ranges for the use of such BAW resonators is made possible.
  • k mat defines the amplitude and the sign of the voltage for a given electric field and vice versa.
  • k mat is directly related to the properties within the (mono- or poly-) crystalline structure of the thin film, e.g. B. the preferred orientation, purity and grain size of the material used.
  • Widely used materials for piezoelectric thin films are e.g. B. A1N or Zn0 2 , which can be deposited in a manner that have polycrystalline layers that have a preferred c-axis orientation of the columnar grains, ie orientation.
  • the deposition conditions and growth conditions determine whether the c-axis is directed upwards or whether it is directed downwards, as by JA Ruffner. inter alia in "Effect of Substrate composition on the piezoelectric response of reactivly sputtered A1N thin films" in Thin Solid Films 354, 1999,. Pages 256-261. '
  • piezoelectric piezoelectric
  • PZT lead zirconium titanate
  • ⁇ ferred alignment orientation
  • the orientation of the material of the piezoelectric layer causes the layer to contract when an electric field is applied in a first direction that corresponds to the direction of the orientation, and when an electric field is applied in a second direction that is opposite to the direction of the orientation is expanding.
  • k raat is irrelevant for the electrical response of a simple BAW resonator, since only k ma tn appears in the formula valid for the electrical response.
  • BAW elements with more than one piezoelectric layer in the acoustic stack such as e.g. B. stacked crystal filters, some interesting properties can be achieved by using piezoelectric layers with different orientations (reverse sign of k mat ).
  • FIG. 1A shows a BAW resonator according to the present invention according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 1B shows a BAW resonator according to the present invention according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 2A shows a BAW resonator with a plurality of piezoelectric layers with alternating alignment according to a third exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2B shows a standing wave in the piezoelectric layers of the BAW resonator from FIG. 2A;
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment for converting an asymmetrical input signal into a symmetrical output signal using a BAW resonator according to the invention
  • FIG. 4A shows an exemplary embodiment of a BAW resonator with a reduced size
  • FIG. 4B shows the course of the voltage with sign and the electric fields in the layers of the BAW resonator from FIG. 4A.
  • the BAW resonator comprises a substrate 100 with a first main surface 102, on which a first connection electrode 104 is formed from a metal or another conductive material.
  • a first piezoelectric layer 106 is arranged on the electrode 104, on which in turn a second piezoelectric layer 108 is arranged.
  • a second electrode 110 made of a metal or another conductive material is arranged on the piezoelectric layer 108.
  • the first electrode 104 is, for example, an input electrode and the second electrode 110 is, for example, an output electrode.
  • the substrate 100 comprises a recess 112 in order to form a membrane region 114 on which the BAW resonator is formed in order to enable the resonator to be acoustically decoupled from underlying elements or layers.
  • the decoupling can be achieved by a so-called acoustic reflector, which would then be arranged between the substrate 100 and the electrode 104. Both the decoupling by means of a membrane and the decoupling using an acoustic reflector are known in specialist circles.
  • the first piezoelectric layer 106 was grown in such a way that the material is oriented in the direction of the arrows in FIG. 1A in the layer 106, that is to say the layer 106 is polarized in this direction.
  • the second layer 108 was created in such a way that the orientation of the material in this layer, i.e. the polarization of this material, runs in a direction that is opposite to the polarization in layer 106, as is indicated by the opposite arrows in the layer 108 in FIG 1A can be seen.
  • the polarization of the layers can also be achieved after application of the same by applying a suitable electrical field.
  • the piezoelectric layers 106 and 108 are made, for example, of PZT material (lead zirconium titanate). Otherwise, the layers are made of A1N or Zn0 2 , for example.
  • FIG. 1B shows a second exemplary embodiment of the BAW resonator according to the invention, which differs from the exemplary embodiment described with reference to FIG. 1A in that, instead of the two separate piezoelectric layers 106 and 108, a piezoelectric material 116 is arranged between the electrodes 104 and 110 is. Only one piezoelectric layer 116 is therefore provided. However, the layer 116 is produced in such a way that it has a first section 106 and a second section 108, in which the material of the piezoelectric layer 116 has an orientation or orientation (polarization) which is opposite to one another, as is represented by the arrows , The different sections are separated by the dashed line in Fig. 1B.
  • the layer 116 shown in FIG. 1B is produced, for example, in such a way that the first section 106 is first grown using process parameters which enable the alignment shown there. The second section 108 is then placed on the section 106 thus produced Using other process parameters grew to achieve the opposite orientation in section 108 of FIG. 1B.
  • the piezoelectric layer 116 consists of A1N or Zn0 2 .
  • the layer 116 can also consist of a ferroelectric material in which polarization is brought about using an electric field, in which connection it must be ensured that after the deposition of the first section or the first layer 106 and the polarization thereof the application of a further electric field to the overall structure in order to polarize the layer 108 no longer causes the polarity of the section 106 to be reversed.
  • the piezoelectric layers are arranged in such a way that they are acoustically coupled to one another.
  • Layers can be arranged adjacent to one another or at a distance from one another, in which case one or more layers can be provided between them.
  • a reflector layer 118 is formed on a first main surface 102 of the substrate 100, in which an acoustic mirror or acoustic reflector 120 is arranged, which has a plurality of individual layers 120a to 120c, which alternately have a high level acoustic. Impedance and low acoustic impedance include.
  • the BAW resonator arrangement arranged above is acoustically decoupled from the substrate by the acoustic reflector 120.
  • the reflector 120 described is known per se in specialist circles and is therefore not explained in more detail.
  • the first (lower) electrode 104 is at least partially formed, which can be connected to a connection 130 via a wire 128.
  • the areas of the main surface 124 of the reflector layer 118 that are not covered by the first electrode 104 are covered by an insulating layer 132.
  • the first piezoelectric layer 106 is arranged on the electrode 104 and on a section of the insulation layer 132.
  • the second piezoelectric layer 108 is arranged on the first piezoelectric layer 106, on which in turn a further piezoelectric layer 134 and a further second piezoelectric layer 136 are arranged. As shown in Fig. 2A (see the arrows in the respective piezoelectric layers), the orientations of the materials in the individual layers are opposite to each other.
  • the second (upper) electrode 110 is arranged on the further second piezoelectric layer 136 and can be connected to a connection 140 via a wire 138.
  • the BAW resonator is formed in the region in which the lower electrode 104 and the upper electrode 110 overlap, and the layers 120a to 120c of the acoustic mirror or reflector also extend over this region 120th
  • the stacked layer structure of piezoelectric layers shown in FIG. 2A which have alternating orientations, is particularly advantageous for bulk acoustic waves at high frequencies.
  • the element shown in Fig. 2A has strong series resonances and parallel resonances at frequencies which correspond to half the acoustic wavelength in each of the piezoelectric layers.
  • the stack of piezoelectric layers between the two electrodes 104 and 110 operates in an over-mode mode.
  • the electrical field has the same orientation throughout the stack, but the changing orientations of the material ensure that the coupling to this overmode is the strongest compared to any other mode at a lower or a higher frequency.
  • FIG. 2B shows the standing wave 142 which arises in the stack of piezoelectric layers 106, 108, 134, 136.
  • the negative half-waves of the voltage are rectified by the inverted alignment of the piezoelectric layers 1 and 3 compared to the layers 3 and 4.
  • the course of the electric fields and the sign of the same are also indicated.
  • N the number of piezoelectric layers
  • the ratio of surface to circumference is also increased by the factor N, which increases better resonator behavior results since the parasitic effects can now be reduced.
  • the same can also be arranged on a membrane region (see FIG. 1).
  • the advantage of the structure shown in FIG. 2A, which uses the acoustic mirror 120, is that it acoustic mirrors 120 are easy to manufacture and have increased robustness at higher frequencies.
  • FIG. 3 An exemplary embodiment is described below with reference to FIG. 3, in which a BAW element is created using the BAW resonator according to the invention, which enables a conversion from symmetrical / asymmetrical to asymmetrical / symmetrical signals.
  • FIG. 1 elements that have already been described with reference to FIGS. 1 and 2 and have the same or similar effect are provided with the same reference symbols.
  • the first (lower) electrode 104 is partially formed on the surface 124 of the reflector layer 118, the portion of the surface 124 that is not formed by the electrode 104 made of a metal or a conductive material by an insulating material 132 is covered.
  • the first piezoelectric layer 106 is arranged on a section of the lower electrode 104 and on a section of the insulation layer 132.
  • a third electrode 144 is at least partially arranged, which is connected via a wire 146 with a reference potential 148, e.g. B. mass, is connectable. Those portions of the surface of the first piezoelectric layer 106 facing away from the substrate 100 that are not covered by the third electrode 144 are covered by an insulating material 150.
  • the second piezoelectric layer 108 is arranged on the first piezoelectric layer 106 such that it covers part of the same, the second piezoelectric layer 108 being at least partially arranged on the third electrode 144.
  • a further first piezoelectric layer 152 is arranged on the first piezoelectric layer 106 at a distance from the second piezoelectric layer 108, the further first piezoelectric layer see layer 152 is at least partially arranged on the third electrode 144.
  • the second piezoelectric layer 108 and the further first piezoelectric layer 152 are arranged on the third electrode 144 and spaced apart from one another such that the wire 146 between the second piezoelectric layer 108 and the further first piezoelectric layer 152 is included the third electrode is connected.
  • a fourth electrode 154 which can be connected to a connection 158 via a wire 156, is at least partially arranged on the further first piezoelectric layer 152.
  • a fifth electrode 160 is likewise arranged on the second piezoelectric layer 108 and can be connected to a connection 164 via a wire 162.
  • FIG. 3 actually forms a pair of stacked layers, the portion of the element on the right in FIG. 3 having piezoelectric layers with opposite orientation (polarization), and in the area on the left in FIG. 3, piezoelectric layers with the same Orientation (polarization).
  • the structure shown in FIG. 3 can also be used using a membrane (see FIG. 1) instead of the acoustic mirror 120 shown.
  • the structure shown in FIG. 3 performs conversion from unbalanced signals to balanced signals, and filtering is also performed. If the connection 130 is an output connection and the connections 158 and 164 are input connections, the structure shown also carries out a conversion from symmetrical signals to unbalanced signals in addition to the filtering.
  • the structure shown in FIG. 1, which includes a pair of stacked resonators, includes a common center electrode 144 (ground) and a common outer electrode 104.
  • the piezoelectric layer under one of the remaining electrodes has an inverted orientation (polarization) compared to the other piezoelectric layers ) and consequently generates a signal with an inverted sign at this output.
  • the structure from FIG. 3 leads on the condition that applies
  • the membrane 114 comprises the insulating section 132 and the lower or first electrode 104, on which the first piezoelectric layer 106 is formed, a second electrode 166 is formed on a section of the surface of the piezoelectric layer 106 facing away from the substrate 100, and the remaining sections of the surface of the piezoelectric layer 106 facing away from the substrate 100 are through an insulation layer 168.
  • the second piezoelectric Layer 108 is formed, on the exposed surface of which in turn a third electrode 170 is at least partially formed.
  • the remaining areas of the exposed surface of the second piezoelectric layer 108 are covered with an insulating layer 172.
  • a further first piezoelectric layer 134 is formed on the third electrode 170 and the insulating layer 172, on which in turn a fourth electrode 174 is partially formed.
  • An insulating layer 176 is formed on the remaining regions of the further first piezoelectric layer 134.
  • a further second piezoelectric layer 136 is formed on the fourth electrode 174 and on the insulating layer 176, on the exposed surface of which a fifth electrode is at least partially formed.
  • the first electrode 104, the third electrode 170 and the fifth electrode 178 are formed such that they overlap, thereby forming a first electrode group.
  • the second electrode 168 and the fourth electrode 174 are also arranged to overlap and form a second electrode group.
  • the first electrode group and the second electrode group are only partially overlapping, so that the regions 180 shown in FIG. 4A result without conductive material.
  • two trenches 182 and 184 are formed, each of which has a metallization 186 and 188, respectively.
  • the trenches . 182 and 184 are formed such that the metallizations 186 and 188 arranged therein are connected to the first electrode group (electrodes 104, 172, 178) and the second electrode group (electrodes 166, 174), as shown in FIG 4A can be seen.
  • the first metallization 186 is connected to a connection 192 via a wire 190.
  • the second metal sation 188 connected via a wire 194 to a connector 196.
  • the BAW resonator shown in Fig. 4A is optimized to reduce the size of the resonator for applications at lower frequencies or to achieve extremely low impedance levels.
  • a stack of some piezoelectric layers with changing orientation and provided intermediate electrodes resonance behavior occurs in the fundamental mode or basic mode. This is achieved by applying alternating electric fields to the piezoelectric layers, which leads to a uniform voltage sign in the entire stack.
  • the electrical fields are applied alternately due to the configuration with the intermediate electrodes, so that the same sign of the voltage results through the entire stack.
  • the thickness of the piezoelectric layers and electrodes does not necessarily have to be identical for all n layers.
  • Membrane approach can also be used using the implementation described with reference to FIG. 2 or 3 using the acoustic reflector.
  • connection surfaces described above are led out sections of the assigned electrodes.
  • the connection areas have a surface sufficient to attach the wire to it.
  • the BAW resonators can, for example, be connected to assigned contact areas using flip-chip technology. Other connection methods known in the art can also be used.
  • a housing can be provided in other exemplary embodiments in order to completely enclose the BAW resonator.
  • a housing can be provided in other exemplary embodiments in order to completely enclose the BAW resonator.
  • acoustic decoupling to the substrate is required, but also to the cover.
  • This is preferably achieved in that a further acoustic reflector is provided in the section covering the BAW resonator.

Abstract

Ein BAW-Resonator umfasst eine erste piezoelektrische Schicht (106) aus einem Material,das in eine erste Richtung orientiert ist, und eine zweite piezoelektrische Schicht (108) aus einem Material, das in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, orientiert ist. Die erste piezoelektrische Schicht (106) und die zweite piezoelektrische Schicht (108) sind akustisch miteinander gekoppelt.

Description

Beschreibung
BA -Resonator
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen BAW- Resonator (BAW = Bulk Acoustic Wave = akustische Volumenwelle)-. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf BAW-Resonatoren mit einer Mehrzahl von Schichten, die unterschiedliche Materialorientierungen aufweisen; Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf BAW-Filtet, die solche BAW-Resonatoren umfassen.
BAW-Filter, die einen oder mehrere BAW-Resonatoren umfassen, beispielsweise in einer Verschaltung von Ladder-Typ, sind im Stand der Technik bekannt. Die für diese BAW-Filter verwendeten BAW-Resonatoren sind sogenannten Dünnfilm-BAW- Resonatoren, d. h., Resonatoren, die einen piezoelektrischen Dünnfilm umfassen. Der Nachteil dieser bekannten BAW-Filter besteht darin, dass keine Filtertopologie bekannt ist, welche eine Signalumwandlung von unsymmetrischen/symmetrischen (un- balanced/balanced) Signalen zu symmetrischen/unsymmetrischen (balanced/unbalanced) Signalen durchführt, ohne dass Einschränkungen hinsichtlich der Gleichtakt-Lastimpedanz gegenüber Masse eintreten, oder die ohne zusätzliche Spulen oder Transformatoren/Wandler auskommen.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten BAW-Filter besteht darin, dass diese bei Frequenzen von größer als 5 GHz Piezo- schichten aufweisen, deren Dicke für eine Grundmoduswelle (Grundmode-BAW) extrem dünn sind (< 300 nm) . Ein weiterer
Nachteil besteht darin, dass bei solchen Frequenzen von mehr als 5 GHz die Resonatoren, welchen einen vorbestimmten Impedanzpegel aufweisen, kleiner sind, als dies aus Verhaltensgründen (Performance) erwünscht ist, da sich hier beispiels- weise ein schlechtes Verhältnis von Fläche zu Umfang der Anordnung ergibt, welche zu starken parasitären Auswirkungen führt. Wiederum ein weiterer Nachteil der bekannten BAW-Filter besteht darin, dass die Dicke einer Piezoschicht für eine Grundmoduswelle (Grundmode-BAW) bei . Frequenzen unterhalb von 500 MHz recht dick sein wird (> 5 μm) . Dies führt zu dem weiteren Nachteil, dass unter der Annahme einer dielektrischen Konstante von 10 (des Substrats) ein entsprechender einzelner Resonator mit einem Impedanzpegel von 50 Ohm einen Flächenbedarf von > 0,5 mm2 haben wird.
Zwar sind im Stand der Technik Lösungen bekannt, mittels denen das Problem der Umwandlung von symmetrischen/unsymmetrischen Signalen zu unsymmetrischen/symmetrischen Signalen ermöglicht wird, jedoch weisen auch diese Lösungen die oben genannten Probleme im Zusammenhang mit der Gleichtakt-Lastenimpedanz gegen Masse bzw. mit der Verwendung zusätzlicher Bauelemente auf.
Lösungen für Filteranordnungen für Frequenzen von oberhalb von 5 GHz sind im Stand der Technik bekannt, jedoch werden hierfür typischerweise Hohlraumresonatoren oder Keramikresonatoren verwendet, die beide recht voluminös, elektrisch verlustbehaftet und sehr teuer sind.
Für Frequenzbereiche bis 200 MHz sind im Stand der Technik
Quarzkristall-Resonatoren bekannt, deren höchste Betriebsfrequenz heutzutage bei 200 MHz liegt. Filteroperationen im Bereich von 100 MHz bis 2 GHz werden hauptsächlich unter Verwendung von Oberflächenwellenfiltern (SAW-Filtern; SAW = Sur- face Acoustic Wave) durchgeführt, die den Nachteil haben, dass diese recht voluminös sind und im Bereich von weniger als 500 MHz zusätzlich sehr teuer sind.
Im Stand der Technik sind ferner gestapelte Kristallresona- torstrukturen bekannt. Diesbezüglich wird verwiesen auf den Artikel „Stacked Crytal Filters Implemented with Thin Films" von K.M. Lakin u.a., 43re Annual Symposium on Frequency Control (1989) Seiten 536-543.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten BAW- Resonator zu schaffen, der die im Stand der Technik genannten Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen BAW-Resonator nach Anspruch 1 und durch einen BAW-Resonator nach Anspruch 3 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft einen BAW-Resonator, mit
einer ersten piezoelektrischen Schicht aus einem Material, das in eine erste Richtung orientiert ist; und
einer zweiten piezoelektrischen Schicht aus einem Material, das in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, orientiert ist;
wobei die erste piezoelektrische Schicht und die zweite piezoelektrische Schicht akustisch miteinander gekoppelt sind.
Die vorliegende Erfindung schafft einen BAW-Resonator, mit
einer piezoelektrischen Schicht (116), die in einer Richtung der Dicke derselben zumindest zwei akustisch gekoppelte Abschnitte mit entgegengesetzter Orientierung aufweist, durch die eine erste piezoelektrische Schicht (106) und eine zweite piezoelektrische Schicht (108) festgelegt sind.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel schafft die vorliegende Erfindung ein BAW-Filter, das einen oder mehrere der erfindungsgemäßen BAW-Resonatoren aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die eingangs genannten Nachteile bei bekannten BAW- Filtern bzw. bekannten BAW-Resonatoren dadurch vermieden werden können, dass die BAW-Resonatoren piezoelektrische Schichten bzw. Abschnitte in einem piezoelektrischen Material aufweisen, deren Orientierungen zueinander entgegengesetzt (invertiert ausgerichtet) ist. Hierdurch lässt sich zum einen der Bereich der möglichen Anwendungen solcher BAW-Resonatoren deutlich erhöhen, und ferner wird eine Erhöhung der verfügbaren Frequenzbereiche für den Einsatz solcher BAW-Resonatoren ermöglicht.
In einem piezoelektrischen Dünnfilm ist die mechanische Spannung proportional zum anliegenden elektrischen Feld. Der Materialkopplungskoeffizient kmat definiert die Amplitude und das Vorzeichen der Spannung für ein gegebenes elektrisches Feld und umgekehrt. kmat ist direkt mit den Eigenschaften innerhalb der (mono- oder poly-) kristallinen Struktur des Dünnfilms verbunden, wie z. B. der bevorzugten Ausrichtung, der Reinheit und der Korngröße des verwendeten Materials.
Weit verbreitete Materialien für piezoelektrische Dünnfilme sind z. B. A1N oder Zn02, die auf eine Art und Weise abgeschieden werden können, welche zu polykristallinen Schichten, die eine bevorzugte c-Achsenausrichtung der säulenförmigen Körner, d.h. Orientierung, aufweisen. Die Abscheidungsbedin- gungen und Aufwachsbedingungen bestimmen, ob die c-Achse nach oben gerichtet ist, oder ob dieselbe nach unten gerichtet ist, wie dies von J.A. Ruffner. u.a. in „Effect of Substrate composition on the piezoelectric response of reactivly sput- tered A1N thin films" in Thin Solid Films 354, 1999, .Seiten 256-261 beschrieben ist. '
Bei komplexeren piezoelektrischen (ferroelektrischen) Materialien, wie z. B. PZT (Blei-Zirkonium-Titanat) wird die bevor¬ zugte Ausrichtung (Orientierung) , die bei solchen Materialien auch als Polarisation bezeichnet wird, durch einen Polarisationsvorgang eingestellt, der der Abscheidung folgt. Hierbei wird ein hohes elektrisches Feld bei erhöhten Temperaturen an das Material angelegt.
Die Orientierung des Materials der piezoelektrischen Schicht bewirkt, dass die Schicht bei Anliegen eines elektrischen Feldes in einer ersten Richtung, die der Richtung der Orientierung entspricht, kontraktiert, und bei Anliegen eines e- lektrischen Feldes in einer zweiten Richtung, die der Richtung der Orientierung entgegengesetzt ist, expandiert.
Für die elektrische Antwort eines einfachen BAW-Resonators ist das Vorzeichen von kraat irrelevant, da lediglich kmat n den für die elektrische Antwort gültigen Formel auftaucht. Für BAW-Elemente mit mehr als einer piezoelektrischen Schicht in dem akustischen Stapel, wie z. B. gestapelte Kristallfilter, können einige interessante Eigenschaften durch Verwendung von piezoelektrische Schichten mit unterschiedlicher Ausrichtung (umgekehrten Vorzeichen von kmat) erreicht werden.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevor- zugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A einen BAW-Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 1B einen BAW-Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2A einen BAW-Resonator mit einer Mehrzahl von piezo- elektrischen Schichten mit wechselnder Ausrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 2B eine stehende Welle in den piezoelektrischen Schichten des BAW-Resonators aus Fig. 2A;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel zur Umwandlung eines unsymmetrischen Eingangssignals in ein symmetrisches Ausgangssignal unter Verwendung eines erfindungsgemäßen BAW-Resonators;
Fig. 4A ein Ausführungsbeispiel für einen BAW-Resonator mit reduzierter Größe; und
Fig. 4B der Verlauf der Spannung mit Vorzeichen und der e- lektrischen Felder in den Schichten des BAW-Resonators aus Fig. 4A.
Fig. 1A zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines BAW- Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung. Der BAW- Resonator umfasst ein Substrat 100 mit einer ersten Hauptoberfläche 102, auf der eine erste Anschlusselektrode 104 aus einem Metall oder einem anderen leitfähigen Material gebildet ist. Auf der Elektrode 104 ist eine erste piezoelektrische Schicht 106 angeordnet, auf der wiederum eine zweite piezoelektrische Schicht 108 angeordnet ist. Auf der piezoelektrischen Schicht 108 ist eine zweite Elektrode 110 aus einem Metall oder einem anderen leitfähigen Material angeordnet. Die erste Elektrode 104 ist beispielsweise eine Eingangselektrode, und die zweite Elektrode 110 ist beispielsweise eine Ausgangselektrode. Das Substrat 100 umfasst eine Ausnehmung 112, um einen Membranbereich 114 zu bilden, auf dem der BAW- Resonator gebildet ist, um eine akustische Entkopplung des Resonators von darunterliegenden Elementen bzw. Schichten zu ermöglichen. Alternativ kann die Entkopplung durch einen sogenannten akustischen Reflektor erreicht werden, der dann zwischen dem Substrat 100 und der Elektrode 104 angeordnet wäre. Sowohl die Entkopplung mittels einer Membran als auch die Entkopplung unter Verwendung eines akustischen Reflektors sind in Fachkreisen bekannt. Die erste piezoelektrische Schicht 106 wurde derart aufgewachsen, dass die Orientierung des Materials in derselben in Richtung der in Fig. 1A gezeigten Pfeile in der Schicht 106 erfolgt, die Schicht 106 also in diese Richtung polarisiert ist. Die zweite Schicht 108 wurde derart erzeugt, dass die Ausrichtung des Materials in dieser Schicht, also die Polarisierung dieses Materials, in eine Richtung verläuft, die entgegengesetzt zu der Polarisierung in Schicht 106 ist, wie dies durch die entgegengesetzten Pfeile in der Schicht 108 in Fig. 1A zu erkennen ist. Alternativ kann bei ferroelektri- schen Materialen die Polarisation der Schichten auch nach dem Aufbringen derselben durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Feldes erreicht werden. In diesem Fall sind die piezoelektrischen Schichten 106 und 108 beispielsweise aus PZT Ma- terial (Blei-Zirkonium-Titanat) hergestellt. Andernfalls sind die Schichten beispielsweise aus A1N oder Zn02 hergestellt.
In Fig. 1B ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen BAW-Resonators dargestellt, welches sich von dem anhand der Fig. 1A beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass anstelle der zwei getrennten piezoelektrischen Schichten 106 und 108 ein piezoelektrisches Material 116 zwischen den Elektroden 104 und 110 angeordnet ist. Es ist also nur eine piezoelektrische Schicht 116 vorgesehen. Die Schicht 116 ist jedoch derart hergestellt, dass diese einen ersten Abschnitt 106 und einen zweiten Abschnitt 108 aufweist, in welchem das Material der piezoelektrischen Schicht 116 eine Ausrichtung oder Orientierung (Polarisation) aufweist, die entgegengesetzt zueinander ist, wie dies durch die Pfeile dargestellt ist. Die unterschiedlichen Abschnitte sind durch die gestrichelte Linie in Fig. 1B getrennt.
Die in Fig. 1B gezeigte Schicht 116 ist beispielsweise so hergestellt, dass zunächst der erste Abschnitt 106 aufgewach- sen wird, unter Verwendung von Prozessparametern welche die dort gezeigte Ausrichtung ermöglichen. Anschließend wird auf den so erzeugten Abschnitt 106 der zweite Abschnitt 108 unter Verwendung anderer Prozessparameter aufgewachsen, um die Fig. 1B entgegengesetzte Orientierung in dem Abschnitt 108 zu erreichen. In diesem Fall besteht die piezoelektrische Schicht 116 aus A1N oder Zn02. Alternativ kann die Schicht 116 auch aus einem ferroelektrischen Material bestehen, bei dem eine Polarisation unter Verwendung des Anlegens eines elektrischen Feldes herbeigeführt wird, wobei in diesem Zusammenhang sichergestellt werden muss, dass nach dem Abscheiden des ersten Abschnitts oder der ersten Schicht 106 und der Polarisierung derselben das Anlegen eines weiteren elektrischen Feldes auf die Gesamtstruktur, um die Schicht 108 zu polarisieren, keine Umpolarisierung des Abschnitts 106 mehr bewirkt.
Die piezoelektrischen Schichten sind derart angeordnet, dass die dieselben akustisch miteinander gekoppelt sind. Die
Schichten können aneinander angrenzend oder beabstandet voneinander angeordnet sein, wobei im letztgenannten Fall eine oder mehrere Schichten zwischen denselben vorgesehen sein können .
Nachfolgend werden anhand der Fig. 2 bis 4 Ausführungsbeispiele von Anordnungen beschrieben, welche die erfindungsgemäßen BAW-Resonatoren, die anhand der Fig. 1A und 1B beschrieben wurden, einsetzen um neue Anwendungen für die BAW- Resonatoren und auch neue Frequenzbereiche für dieselben zu erschließen.
Fig. 2A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Hochfrequenzresonators mit einen 1-Tor, der N = 4 piezoelektrische S.chichten mit wechselnder Ausrichtung umfasst.
Wie in Fig. 2A gezeigt ist, ist auf einer ersten Hauptoberfläche 102 des Substrats 100 eine Reflektorschicht 118 gebildet, in der ein akustischer Spiegel oder akustischer Reflek- tor 120 angeordnet ist, der eine Mehrzahl von Einzelschichten 120a bis 120c aufweist, die wechselweise eine hohe akustische. Impedanz und eine niedrige akustische Impedanz umfassen. Durch den akustischen Reflektor 120 ist die darüber angeordnete BAW-Resonatoranordnung akustisch von dem Substrat entkoppelt. Der beschriebene Reflektor 120 ist in Fachkreisen an sich bekannt, und wird daher nicht näher erläutert.
Auf einer dem Substrat 100 abgewandten Hauptoberfläche 124 der Reflektorschicht 118 ist zumindest teilweise die erste (untere) Elektrode 104 gebildet, die über einen Draht 128 mit einem Anschluss 130 verbindbar ist. Die Bereiche der Haupt- Oberfläche 124 der Reflektorschicht 118, die nicht durch die erste Elektrode 104 bedeckt sind, sind durch eine isolierende Schicht 132 bedeckt. Die erste piezoelektrische Schicht 106 ist auf der Elektrode 104 und auf einem Abschnitt der Isolationsschicht 132 angeordnet. Auf der ersten piezoelektrischen Schicht 106 ist die zweite piezoelektrische Schicht 108 angeordnet, auf der wiederum eine weitere piezoelektrische Schicht 134 und eine weitere zweite piezoelektrische Schicht 136 angeordnet ist. Wie in Fig. 2A gezeigt ist (siehe die Pfeile in den jeweiligen piezoelektrischen Schichten) , sind die Orientierungen der Materialien in den einzelnen Schichten zueinander entgegengesetzt.
Auf der weiteren zweiten piezoelektrischen Schicht 136 ist die zweite (obere) Elektrode 110 angeordnet, die über einen Draht 138 mit einem Anschluss 140 verbindbar ist.
Der BAW-Resonator ist bei dem in Fig. 2A gezeigten Ausführungsbeispiel in dem Bereich gebildet, in dem sich die untere Elektrode 104 und die obere Elektrode 110 überlappen,, und auch über diesen Bereich erstrecken sich die Schichten 120a bis 120c des akustischen Spiegels oder Reflektors 120.
Die in Fig. 2A gezeigte gestapelte Schichtstruktur aus piezoelektrischen Schichten, die alternierende Ausrichtungen auf- weisen, ist insbesondere für akustische Volumenwellen bei hohen Frequenzen vorteilhaft. Alternativ zu dem in Fig. 2A gezeigten Ausführungsbeispiel können zwischen den einzelnen piezoelektrischen Schichten 106, 108, 134, 136 zusätzliche Metallschichten oder andere Zwischenschichten vorgesehen sein, jedoch ist es nicht zwingend erforderlich, diese Schichten für den Betrieb derselben. als Resonator elektrisch zu verbinden. Das in Fig. 2A gezeigte Element hat starke Serienresonanzen und Parallelresonanzen bei Frequenzen, welche der Hälfte der akustischen Wellenlänge in jeder der piezoelektrischen Schicht entsprechen. Der Stapel von piezoelektrischen Schichten zwischen den zwei Elektroden 104 und 110 arbeitet in einem Übermodusbetrieb. Das elektrische Feld hat durch den gesamten Stapel dieselbe Ausrichtung, die wechselnden Orientierungen des Materials stellen jedoch sicher, dass die Kopplung zu diesem Übermodus die stärkste ist, verglichen mit jedem anderen Modus bei einer niedrigeren oder einer hö- heren Frequenz.
In Fig. 2B ist die stehende Welle 142 gezeigt, die sich in dem Stapel von piezoelektrischen Schichten 106, 108, 134, 136 einstellt. Wie aus Fig. 2B zu erkennen ist, werden die nega- tiven Halbwellen der Spannung durch die invertierte Ausrichtung der piezoelektrischen Schichten 1 und 3 verglichen zu den Schichten 3 und 4, gleichgerichtet. Ferner ist der Verlauf der elektrischen Felder und das Vorzeichen derselben angedeutet. Nachdem die Gesamtdicke des piezoelektrischen Mate- rials zwischen den Elektroden 104 und 110 um den Schichtfaktor N (N = die Anzahl der piezoelektrischen Schichten) größer ist als in einem einfachen Resonator wird das Verhältnis von Oberfläche zu Umfang ebenfalls um den Faktor N erhöht, wodurch sich ein besseres Resonatorverhalten ergibt, da die pa- rasitären Effekte nun reduziert werden können. Anstelle des in Fig. 2A gezeigten Ansatzes, das Element durch den akustischen Spiegel 120 von Substrat zu isolieren, kann dasselbe auch auf einem Membranbereich (siehe Fig. 1) angeordnet sein.
Der Vorteil der in Fig. 2A gezeigten Struktur, welche den a- kustischen Spiegel 120 verwendet, besteht darin, dass diese akustischen Spiegel 120 einfach herzustellen sind, und bei höheren Frequenzen eine erhöhte Robustheit haben.
Anhand der Fig. 3 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem unter Verwendung des erfindungsgemäßen BAW-Resonators ein BAW-Ele ent geschaffen wird, welches eine Umwandlung von symmetrischen/unsymmetrischen zu unsymmetrischen/symmetrischen Signalen ermöglicht. In Fig. 1 werden E- lemente, die bereits anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben wur- den, und die gleiche oder ähnliche Wirkung haben, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ähnlich wie in Fig. 2 ist auf der Oberfläche 124 der Reflektorschicht 118 die erste (untere) Elektrode 104 teilweise ge- bildet, wobei der Abschnitt der Oberfläche 124, der nicht durch die Elektrode 104 aus einem Metall oder einem leitfähigen Material gebildet ist, durch ein isolierendes Material 132 bedeckt ist. Die erste piezoelektrische Schicht 106 ist auf einem Abschnitt der unteren Elektrode 104 sowie auf einem Abschnitt der Isolationsschicht 132 angeordnet. Auf der dem Substrat 100 abgewandten Oberfläche der ersten piezoelektrischen Schicht 106 ist zumindest teilweise eine dritte Elektrode 144 angeordnet, die über einen Draht 146 mit einem Bezugspotential 148, z. B. Masse, verbindbar ist. Diejenigen Abschnitte der dem Substrat 100 abgewandten Oberfläche der ersten piezoelektrischen Schicht 106, die nicht durch die dritte Elektrode 144 bedeckt sind, sind durch ein isolierendes Material 150 bedeckt.
Die zweite piezoelektrische Schicht 108 ist derart auf der ersten piezoelektrischen Schicht 106 angeordnet, dass dieselbe einen Teil derselben überdeckt, wobei die zweite piezoelektrische Schicht 108 zumindest teilweise auf der dritten Elektrode 144 angeordnet ist. Beabstandet von der zweiten piezoelektrischen Schicht 108 ist eine weitere erste piezoelektrische Schicht 152 auf der ersten piezoelektrischen Schicht 106 angeordnet, wobei die weitere erste piezoelektri- sehe Schicht 152 zumindest teilweise auf der dritten Elektrode 144 angeordnet ist. Die zweite piezoelektrische Schicht 108 und die weitere erste piezoelektrische Schicht 152 sind bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel derart auf der dritten Elektrode 144 und beabstandet voneinander angeordnet, dass der Draht 146 zwischen der zweiten piezoelektrischen Schicht 108 und der weiteren ersten piezoelektrischen Schicht 152 mit der dritten Elektrode verbunden ist.
Auf der weiteren ersten piezoelektrischen Schicht 152 ist zumindest teilweise eine vierte Elektrode 154 angeordnet, die über einen Draht 156 mit einem Anschluss 158 verbindbar ist. Ebenso ist auf der zweiten piezoelektrischen Schicht 108 eine fünfte Elektrode 160 angeordnet, die über einen Draht 162 mit einem Anschluss 164 verbindbar ist.
Durch die in Fig. 3 gezeigte Anordnung ist tatsächlich ein Paar von gestapelten Schichten gebildet, wobei der in Fig. 3 rechts liegende Abschnitt des Elements piezoelektrische Schichten mit entgegengesetzter Orientierung (Polarisation) aufweist, und im Bereich links in Fig. 3 piezoelektrische Schichten mit gleicher Orientierung (Polarisation) aufweist. Die in Fig. 3 gezeigte Struktur kann anstelle des dargestellten akustischen Spiegels 120 auch unter Verwendung einer Membran (siehe Fig. 1) verwendet werden.
Ist der Anschluss 130 ein Eingangsanschluss, und sind die Anschlüsse 158 und 164 zwei Ausgangsanschlüsse, so führt die in Fig. 3 gezeigte Struktur eine Umwandlung von unsymmetrischen Signalen zu symmetrischen Signalen durch, und ferner wird eine Filterung durchgeführt. Ist der Anschluss 130 Ausgangsan- schluss, und sind die Anschlüsse 158 und 164 Eingangsanschlüsse, so führt die gezeigte Struktur neben der Filterung noch eine Umwandlung von symmetrischen Signalen zu unsymmet- rischen Signalen durch. Die in Fig. 1 gezeigte Struktur, die ein Paar von gestapelten Resonatoren umfasst eine gemeinsame Mittelelektrode 144 (Masse) und eine gemeinsamen äußeren Elektrode 104. Die piezoelektrische Schicht unter einer der .verbleibenden Elektroden hat verglichen mit den anderen piezoelektrischen Schichten eine invertierte Orientierung (Polarisation) und erzeugt folglich ein Signal mit einem invertierten Vorzeichen an diesem Ausgang. Die Struktur aus Fig. 3 führt unter der Bedingung, dass gilt
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eine perfekte Umwandlung eines unsymmetrischen Signals zu einem symmetrischen Signal durch.
Anhand der Fig. 4 wird nachfolgend ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei auch hier bereits anhand der vorhergehenden Figuren beschriebene Elemente, die gleiche oder ähnliche Wirkung haben, die gleichen Bezugszeichen haben und nicht erneut beschrieben werden.
In Fig. 4A ist ein Resonator für niedrige Frequenzen gezeigt, der N = 4 piezoelektrische Schichten mit alternierender Ori- entierung (Polarisation) umfasst. Anders als bei den vorab beschriebenen Ausführungsbeispielen in Fig. 2 und 3 ist die Resonatorvorrichtung hier unter Verwendung des „Membran- Ansatzes" (siehe Fig. 1) realisiert. Die Membran 114 umfasst die isolierenden Abschnitt 132 sowie die untere oder .erste Elektrode 104, auf der die erste piezoelektrische Schicht 106 gebildet ist. Auf einem Abschnitt der dem Substrat 100 abgewandten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 106 ist eine zweite Elektrode 166 gebildet, und die verbleibenden Abschnitte der dem Substrat 100 abgewandten Oberfläche der pie- zoelektrischen Schicht 106 sind durch eine Isolationsschicht 168 bedeckt. Auf der zweiten Elektrode 166 und auf der isolierenden Schicht 168 ist die zweite piezoelektrische Schicht 108 gebildet, auf deren freiliegender Oberfläche wiederum eine dritte Elektrode 170 zumindest teilweise gebildet ist. Die verbleibenden Bereiche der freiliegenden Oberfläche der zweiten piezoelektrischen Schicht 108 sind mit einer iso- lierenden Schicht 172 bedeckt. Auf der dritten Elektrode 170 und der isolierenden Schicht 172 ist eine weitere erste piezoelektrische Schicht 134 gebildet, auf der wiederum teilweise eine vierte Elektrode 174 gebildet ist. Auf den verbleibenden Bereichen der weiteren ersten piezoelektrischen Schicht 134 ist eine isolierende Schicht 176 gebildet. Auf der vierten Elektrode 174 und auf der isolierenden Schicht 176 ist eine weitere zweite piezoelektrische Schicht 136 gebildet, auf deren freiliegender Oberfläche zumindest teilweise eine fünfte Elektrode gebildet ist.
Wie aus Fig. 4A zu erkennen ist, sind die erste Elektrode 104, die dritte Elektrode 170 und die fünfte Elektrode 178 derart gebildet, dass sich dieselben überlappen, wodurch eine erste Elektrodengruppe gebildet ist. Die zweite Elektrode 168 und die vierte Elektrode 174 sind ebenfalls überlappend angeordnet, und bilden eine zweite Elektrodengruppe. Die erste Elektrodengruppe und die zweite Elektrodengruppe ist lediglich teilweise überlappend angeordnet, so dass sich die in Fig. 4A gezeigten Bereiche 180 ohne leitfähiges Material er- geben.
In dem Stapel von piezoelektrischen Schichten 106, 108, 134 und 136 sind zwei Gräben 182 und 184 gebildet die jeweils eine Metallisierung 186 bzw. 188 aufweisen. Die Gräben .182 bzw. 184 sind derart gebildet, dass die darin angeordneten Metallisierungen 186 bzw. 188 mit der ersten Elektrodengruppe (E- lektroden 104, 172, 178) bzw. der zweiten Elektrodegruppe (E- lektroden 166, 174) verbunden sind, wie dies in Fig. 4A zu erkennen ist.
Die erste Metallisierung 186 ist über einen Draht 190 mit einem Anschluss 192 verbunden. Ebenso ist die zweite Metalü- sierung 188 über einen Draht 194 mit einem Anschluss 196 verbunden.
Der in Fig. 4A gezeigte BAW-Resonator ist optimiert, um die Größe des Resonators für Anwendungen bei niedrigeren Frequenzen zu reduzieren, oder um extrem niedrige Impedanzpegel zu erlangen. In diesem Fall eines Stapels von einigen piezoelektrischen Schichten mit wechselnder Ausrichtung und vorgesehenen Zwischenelektroden erfolgt ein Resonanzverhalten im fundamentalen Modus oder Grundmodus. Dies wird dadurch erreicht, dass alternierende elektrische Felder an die piezoelektrischen Schichten angelegt werden, was zu einem gleichförmigen Spannungsvorzeichen im gesamten Stapel führt. Elektrisch gesehen existieren N Kondensatoren, die parallel ge- schaltet sind, was bedeutet, dass entweder die Fläche des Resonators um einen Faktor N oder bei einer im Vergleich zu herkömmlichen Resonatoren konstanten Fläche, die Impedanz um einen Faktor N reduziert wird.
Wie aus Fig. 4B zu erkennen ist, liegen die elektrischen Felder aufgrund der Konfiguration mit den Zwischenelektroden alternierend an, so dass sich ein gleiches Vorzeichen der Spannung durch den gesamten Stapel ergibt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Dicke der piezoelektrischen Schichten und Elektroden nicht für alle n Schichten notwendigerweise identisch sein muss. Hinsichtlich der erwünschten Resonatorbandbreite kann eine optimale Lösung existieren, die nicht gleiche Dicken erfordert, was ferner die Einstellung der Spannungsverteilung in dem akustischen Stapel ermöglicht. An- stelle der in Fig. 4A gezeigten Realisierung mittels des
„Membran-Ansatzes" kann auch die anhand der Fig. 2 oder 3 beschriebene Realisierung unter Verwendung des akustischen Reflektors verwendet werden.
Die oben beschriebenen Anschlussflächen sind herausgeführte Abschnitte der zugeordneten Elektroden. Die Anschlussflächen haben eine Fläche, die ausreichend ist, um den Draht an denselben zu befestigen.
Anstelle der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Kon- taktierung der BAW-Resonatoren durch Bonddrähte, sind anderen Kontaktierungsmöglichkeiten bekannt. Die BAW-Resonatoren können beispielsweise in Flip-Chip-Technik mit zugeordneten Kontaktflächen verbunden werden. Andere, im Stand der Technik bekannte Verbindungsverfahren können ebenfalls eingesetzt werden.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, bei denen die piezoelektrischen Schichten auf einem Substrat angeordnet sind, kann bei anderen Ausführungsbeispielen eine Gehäusung vorgesehen sein, um den BAW-Resonator vollständig einzuschließen. In diesem Fall ist nicht nur eine akustische Entkopplung zum Substrat hin erforderlich, sondern auch zur Abdeckung hin. Vorzugsweise wird dies dadurch erreicht, dass in dem den BAW-Resonator bedeckenden Abschnitt ein weiterer akustischer Reflektor vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste
100 Substrat
102 erste Hauptoberfläche des Substrats 100
104 erste Elektrode
106 erste piezoelektrische Schicht
108 zweite piezoelektrische Schicht
110 zweite Elektrode
112 Ausnehmung
114 Membranbereich
116 piezoelektrisches Material
118 Reflektorschicht
120 akustischer Reflektor
120a-120c Reflektorschichten
122 Abschnitt des Reflektors
124 Hauptoberfläche der Reflektorschicht
126 erste Elektrode
128 Draht
130 Anschluss
132 isolierende Schicht
134 weitere erste piezoelektrische Schicht
136 weitere zweite piezoelektrische Schicht
138 Draht
140 Anschluss
142 stehende Welle
144 dritte Elektrode
146 Draht
148 Bezugspotential
150 isolierende Schicht
152 weitere erste piezoelektrische Schicht
154 vierte Elektrode
156 Draht
158 Anschluss
160 fünfte Elektrode
162 Draht
164 Anschluss
166 zweite Elektrode 168 isolierende Schicht
170 dritte Elektrode
172 isolierende Schicht
174 vierte Elektrode
176 isolierende Schicht
178 fünfte Elektrode
180 freiliegender Bereich
182, 184 Gräben
186, 188 Metallisierungen
190 Draht
192 Anschluss
194 Draht
196 Anschluss

Claims

Patentansprüche
1. BAW-Resonator, mit
einer ersten piezoelektrischen Schicht (106) aus einem Material, das in eine erste Richtung orientiert ist; und
einer zweiten piezoelektrischen Schicht (108) aus einem Material, das in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, orientiert ist;
wobei die erste piezoelektrische Schicht (106) und die zweite piezoelektrische Schicht (108) akustisch miteinander gekoppelt sind.
2. BAW-Resonator nach Anspruch 1, mit einer Mehrzahl von ersten piezoelektrischen Schichten (106, 134, 152) und mit einer Mehrzahl von zweiten piezoelektrischen Schichten (108, 136), die abwechselnd akustisch miteinander gekoppelt sind.
3. BAW-Resonator mit
einer piezoelektrischen Schicht (116) , die in einer Richtung der Dicke derselben zumindest zwei akustisch gekoppelte Ab- schnitte mit entgegengesetzter Orientierung aufweist, durch die eine erste piezoelektrische Schicht (106) und eine zweite piezoelektrische Schicht (108) festgelegt sind.
4. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit
einem Substrat (100) ; und
einem akustischen Reflektor (120) , auf dem die piezoelektrischen Schichten angeordnet sind, so dass dieselben akustisch von dem Substrat (100) getrennt sind.
5. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Substrat (100), das einen Membranbereich (114) aufweist, wobei die piezoelektrischen Schichten auf dem Membranbereich (114) angeordnet sind, so dass dieselben akustisch von dem Substrat (100) getrennt sind.
6. BAW-Resonator nach Anspruch 4 oder 5, mit einem weiteren akustischen Reflektor, der auf den die piezoelektrischen Schichten angeordnet ist.
7. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit
einer ersten Elektrode (104) auf der die erste piezoelektrische Schicht (106) zumindest teilweise gebildet ist;
einer zweiten Elektrode (144), die zumindest teilweise auf der ersten piezoelektrischen Schicht (106) gebildet ist, wobei die zweite piezoelektrische Schicht (108) zumindest teilweise auf einem ersten Abschnitt der zweiten Elektrode (144) angeordnet ist; und
einer weiteren ersten piezoelektrischen Schicht (152) die zumindest teilweise auf einem zweiten Abschnitt der zweiten E- lektrode (144) angeordnet ist, wobei die zweite piezoelektri- sehe Schicht (108) und die weitere erste piezoelektrische Schicht (152) voneinander beabstandet angeordnet sind;
einer dritten Elektrode (160), die zumindest teilweise auf der zweiten piezoelektrischen Schicht (108) angeordnet ist; und
einer vierten Elektrode (154), die zumindest teilweise auf der weiteren ersten piezoelektrischen Schicht (152) angeordnet ist.
8. BAW-Resonator nach Anspruch 7, bei dem die erste Elektrode (104) eine Eingangselektrode, die zweite Elektrode (144) eine Masseelektrode, und die dritte und vierte Elektrode (160, 154) eine erste und zweite Ausgangselektrode sind.
9. BAW-Resonator nach Anspruch 7, bei dem die erste Elektrode (104) eine Ausgangselektrode, die zweite Elektrode (144) eine Masseelektrode, und die dritte und vierte Elektrode (160, 154) eine erste und zweite Eingangselektrode sind.
10. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit
einer ersten Elektrode (104) , auf der die erste piezoelektrische (106) zumindest teilweise angeordnet ist, wobei die zweite piezoelektrische Schicht (108) auf der ersten piezoelektrischen Schicht (106) angeordnet ist;
einer weiteren ersten piezoelektrischen Schicht (134), die auf der zweiten piezoelektrischen Schicht (108) angeordnet ist;
einer weiteren zweiten piezoelektrischen Schicht (136), die auf der weiteren ersten piezoelektrischen Schicht (132) angeordnet ist; und
einer zweiten Elektrode (110) , die zumindest teilweise auf der weiteren zweiten piezoelektrischen Schicht (134) angeordnet ist.
11. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die erste piezoelektrische Schicht (106) und die zweite pie- zoelektrische Schicht (108) jeweils zwischen leitfähigen
Schichten (104, 166, 170) angeordnet sind, wobei die leitfähigen Schichten abwechselnd mit einer ersten Elektrode (186) und mit einer zweiten Elektrode (188) verbunden sind.
12. BAW-Resonator nach Anspruch 11, bei dem die erste piezoelektrische Schicht (106) zumindest teilweise auf einer ersten leitfähigen Schicht (104) angeordnet ist, wobei zwischen der zweiten piezoelektrischen Schicht (108) und der ersten piezoelektrischen Schicht (106) eine zweite leitfähige Schicht (166) zumindest teilweise angeordnet ist, wobei zwischen einer weiteren ersten piezoelektrischen Schicht (134) und der zweiten piezoelektrischen Schicht (108) eine dritte leitfähige Schicht (170) zumindest teilweise angeordnet ist, wobei zwischen einer weiteren zweiten piezoelektrischen Schicht (136) und der weiteren ersten piezoelektrischen Schicht (134) eine vierte leitfähige Schicht angeordnet ist, wobei auf der weiteren zweiten piezoelektrischen Schicht (136) eine fünfte leitfähige Schicht (178) angeordnet ist; und
wobei die erste, dritte und fünfte leitfähige Schicht (104, 170, 178) mit der ersten Elektrode (186) verbunden sind, und wobei die zweite und vierte leitfähige Schicht (166, 174) mit der zweiten Elektrode (188) verbunden sind.
13. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Orientierung der ersten und/oder der zweiten piezoelektrischen Schicht (106, 108) beim Erzeugen derselben durch Einstellen der Aufwachsbedingungen festgelegt ist.
14. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die erste und/oder zweite piezoelektrische Schicht (106, 108) aus einem ferroelektrischen Material bestehen, wobei nach dem Erzeugen der piezoelektrischen Schichten durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Feldes die Orientierung derselben festgelegt ist.
15. BAW-Filter mit einem oder mehreren BAW-Resonatoren nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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