CN110168933B

CN110168933B - 布拉格反射镜、谐振器、以及滤波器装置

Info

Publication number: CN110168933B
Application number: CN201780082353.2A
Authority: CN
Inventors: 阿尔托·图罗·伊尔马里·努米拉; 古健; 蔚翔
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2037-01-05
Also published as: WO2018127285A1; US20190326881A1; CN110168933A; US11233498B2; EP3556014A1; EP3556014B1

Abstract

公开了一种布拉格反射镜、谐振器、以及包括该谐振器的滤波器装置。布拉格反射镜(108)包括沿轴向(A)设置的多个层的堆叠，其中，该多个层包括至少一个第一层(L1)，该至少一个第一层(L1)沿径向(r)包括第一材料(M1)和第二材料(M2)，其中，第一材料(M1)是第一金属且第二材料(M2)相对于第一材料(M1)是不同材料，并且其中，在第一层(L1)中，第一材料(M1)被第二材料(M2)径向埋置，或者反之亦然。谐振器(100)包括顶部电极(102)、底部电极(104)、设置在顶部电极(102)和底部电极(104)之间的压电层(106)、基板(110)、以及设置在底部电极(104)和基板(110)之间的布拉格反射镜(108)。

Description

布拉格反射镜、谐振器、以及滤波器装置

技术领域

本发明涉及一种布拉格反射镜和包括这种布拉格反射镜的谐振器。此外，本发明还涉及一种包括这种谐振器的滤波器装置。

背景技术

谐振器用于无线通信设备和节点的前端，以进行射频滤波。在GHz频域中，可以应用固体装配型谐振器-体声波(solidly mounted resonator-bulk acoustic wave,SMR-BAW)谐振器。SMR-BAW谐振器的有源部分包括顶部电极、压电层、和底部电极。有源部分放置在基板上。为了将SMR-BAW谐振器的有源部分与基板声学隔离，有源层放置在布拉格反射镜上。具有高声阻抗材料的层和具有低声阻抗材料的层在布拉格反射镜中交替，形成将声波反射回有源部分的层堆叠(layer stack)。这可以称为声学布拉格反射镜。通常，布拉格反射镜包括交替的具有低声阻抗的二氧化硅(SiO₂)层和具有高声阻抗的钨(W)层。

布拉格反射镜中使用的材料的特性对环境温度和固有温度变化很敏感。因此，温度是影响布拉格反射镜的性能从而影响SMR-BAW谐振器的性能的基本因素之一。更具体地，温度变化影响SMR-BAW谐振器中的谐振频率，并因此也影响使用SMR-BAW谐振器的SMR-BAW滤波器的中心频率、带宽、和性能。用于补偿这种影响的传统解决方案是基于将两个或更多个SiO₂层添加到SMR-BAW谐振器的层堆叠中。SiO₂在室温附近具有正的频率温度系数(temperature coefficient of frequency,TCF)，这意味着SiO₂随着温度的升高而变硬。添加足够量的SiO₂层使层堆叠变硬，使得谐振器的TCF可以接近零。该解决方案在SMR-BAW谐振器应用于其中所施加的信号电平远低于1瓦特的应用中提供了足够的温度补偿。然而，在SMR-BAW谐振器的新应用中(例如，在基站的前端)，施加了增大的信号电平。增大的信号电平引起SMR-BAW谐振器中的温度升高，这导致对温度补偿的更高需求。

影响SMR-BAW谐振器的性能的另一个因素是寄生谐振。接近SMR-BAW谐振器的谐振频率的寄生谐振抑制了带宽并增加了SMR-BAW谐振器的插损。通常，这些寄生谐振以驻波切变波(standing shear waves)的形式出现。用于抑制寄生谐振的传统解决方案是基于添加覆盖顶部电极边缘的环或基于设计顶部电极形状使得没有90度角。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种减轻或解决传统解决方案的缺点和问题的解决方案。

本发明实施例的另一个目的是提供一种提供具有改善的声学隔离能力的布拉格反射镜的解决方案。

独立权利要求的主题解决了上述和其他目的。在从属权利要求中可以找到本发明的其他有利的实现形式。

根据本发明的第一方面，上述和其他目的通过布拉格反射镜来实现。该布拉格反射镜包括沿轴向设置的多个层的堆叠，其中，该多个层包括至少一个第一层，该至少一个第一层沿径向包括第一材料和第二材料，其中，第一材料是第一金属且第二材料相对于第一材料是不同材料，并且其中，在第一层中，第一材料被第二材料径向埋置，或者其中，在第一层中，第二材料被第一材料径向埋置。

轴向在本文中是沿着穿过层堆叠(即，多个层的堆叠)的轴线的第一方向，例如，从层堆叠的底部到层堆叠的顶部穿过层堆叠的层。轴向也可以表示为堆叠方向(即，在层堆叠的方向上)。径向在本文中是沿层的平面的第二方向，即，与第一方向正交。径向可以被解释为从第一方向的轴线径向向外延伸。径向和轴向应理解为相对于彼此、且不一定施加任何特定形状(例如，规则形状)的方向。

此外，层在本文中被理解为表示基本平面的结构。例如，与其他尺寸相比，厚度较小。此外，该层具有平行的表面。优选地，该层在径向上连续。层具有给定的材料特性。

应用于层的术语“第一”和“第二”等是描述性标记，且不应被解释为指示层在层堆叠中的位置。因此，第一层可以位于层堆叠的顶部，但它也可以位于层堆叠中的任何其他位置。可能存在多于一个的第一层。在该上下文中，层堆叠的顶部指示最外层，其可用于根据其他表面(例如，谐振器中的底部电极的那些表面)进行定位。

如果材料在径向上被其他材料围绕，则该材料被径向埋置。被埋置的材料称为被埋置材料(embedded material)。围绕该被埋置材料的材料是埋置材料(embeddingmaterial)。

在本文中，材料可能因为是不同的元素或化合物，和/或具有不同的材料特性而被认为彼此不同。材料特性是指声速、声阻抗、和传热特性中的一个或多个。

根据第一方面的布拉格反射镜相对于传统解决方案提供了许多优点。一个这样的优点是：布拉格反射镜提供了同时的温度补偿和寄生谐振抑制(suppression of spuriousresonance)。因此，布拉格反射镜的声学隔离能力得到了改善。同时的温度补偿和寄生抑制是利用第一层实现的，这既改善了热能通过布拉格反射镜的传递，又阻碍了横波通过布拉格反射镜的传播。如果埋置材料是金属，则温度处理能力得到增强。

在根据第一方面的布拉格反射镜的第一种可能的实现形式中，第一材料的声速与第二材料的声速的比值小于0.94或大于1.06。

根据第一种实现形式，第一材料的声速应不同于第二材料的声速，以使得上述比值成立。这导致通过不同材料的声波长度的不匹配。这种不匹配阻碍了横波在布拉格反射镜外的传播。

在根据第一方面的第一种实现形式的或根据第一方面本身的布拉格反射镜的第二种可能的实现形式中，第一材料的声阻抗与第二材料的声阻抗之比在0.5至2.0之间。

布拉格反射镜由具有低声阻抗和高声阻抗的交替层形成，以反射声波。第二种实现形式中，第一材料的声阻抗足够接近将被应用于同一层(即，第一层)的第二材料的声阻抗。

在根据第一方面的任一前述实现形式的或根据第一方面本身的布拉格反射镜的第三种可能的实现形式中，埋置材料形成围绕被埋置材料的环，并且被埋置材料形成该环的内部填充。

第三种实现形式提供了通过第一层中的埋置材料和被埋置材料的声波的不匹配。该不匹配阻碍横波通过布拉格反射镜传播。该环可以是在径向完全围绕被埋置材料的任意形状。

在根据第一方面的任一前述实现形式的或根据第一方面本身的布拉格反射镜的第四种可能的实现形式中，多个层包括至少一个第二层和至少一个第三层，该至少一个第二层包括第三材料，该至少一个第三层包括第一材料。

第四种实现形式改善了布拉格反射镜中的反射，从而降低了能量损失。

根据第一方面的第四种实现形式的布拉格反射镜的第五种可能的实现形式，第三材料是第二金属。

金属通常具有高导热率。通过在布拉格反射镜中使用金属层，热能可以以有效的方式通过布拉格反射镜传递。

在根据第一方面的第五种实现形式的布拉格反射镜的第六种可能的实现形式中，第一材料是铝，第二材料是二氧化硅，第三材料是钨。

铝和二氧化硅具有彼此接近的声阻抗值，而钨具有更高的声阻抗值。铝和钨都具有高导热率。因此，根据第六种实现形式的材料具有满足同时实现温度补偿和寄生谐振抑制的标准的特性。

在根据第一方面的第四种至第六种实现形式中任一种实现形式的布拉格反射镜的第七种可能的实现形式中，多个层还包括多个第二层和多个第三层，其中，多个第二层和多个第三层交替设置在布拉格反射镜的堆叠中。

第七种实现形式提供了布拉格反射镜中的更高的反射率。使用更多层，在布拉格反射镜中实现了更高的反射率，让特定波长的能量损失更低。

在根据第一方面的第七种实现形式的布拉格反射镜的第八可能的实现形式中，多个第二层和多个第三层交替设置在第一层下方。

当将布拉格反射镜用于谐振器时，根据第八种可能的实现形式的层的设置提供了强寄生抑制。

根据本发明的第二方面，用谐振器实现上述和其他目的，该谐振器包括：顶部电极、底部电极、设置在顶部电极和底部电极之间的压电层、基板、以及根据第一方面的任一前述实现形式的或根据第一方面本身的布拉格反射镜，其中，该布拉格反射镜设置在底部电极和基板之间。

顶部电极和底部电极在径向平面中延伸，形成垂直于谐振器的轴向的顶部电极层和底部电极层。此外，压电层在径向平面中与顶部电极和底部电极平行地延伸。

根据第二方面的谐振器相对于传统解决方案提供了许多优点。一个这样的优点是：谐振器提供同时的温度补偿和寄生谐振抑制。热量通过布拉格反射镜有效地传递到基板以实现温度补偿，并通过阻碍横波通过布拉格反射镜传播来抑制寄生谐振。

在根据第二方面的谐振器的第一种可能的实现形式中，顶部电极在轴向上(的投影)与被埋置材料重叠。

在第一种实现形式的一个示例中，顶部电极层与被埋置材料完全重叠，而被埋置材料部分地覆盖顶部电极。

因此，第一种实现形式提供了顶部电极的未被被埋置材料覆盖的表面区域，该表面区域能够实现谐振器内部的寄生谐振抑制。

在根据第二方面的任一前述实现形式的或根据第二方面本身的谐振器的第二种可能的实现形式中，底部电极邻接被埋置材料。

根据第二种可能的实现形式的被埋置材料的设置提供了谐振器中的强寄生抑制。

在根据第二方面的任一前述实现形式的或根据第二方面本身的谐振器的第三种可能的实现形式中，被埋置材料的形状与顶部电极的形状是同一形状。

第三种实现形式提供了谐振器中的均匀的寄生抑制。当被埋置材料的形状与顶部电极的形状是同一形状时，寄生抑制在谐振器的所有边缘处是相等的。

在根据第二方面的第三种实现形式的谐振器的第四种可能的实现形式中，该同一形状是多边形。

第四种实现形式也提供了谐振器中的均匀的寄生抑制。

在根据第二方面的任一前述实现形式的或根据第二方面本身的谐振器的第五种可能的实现形式中，邻接底部电极的被埋置材料的表面积小于顶部电极的表面积。

第五种实现形式提供了顶部电极的未被被埋置材料覆盖的表面区域，该表面区域能够实现谐振器内部的寄生抑制。

在根据第二方面的第五种实现形式的谐振器的第六种可能的实现形式中，被埋置材料的表面积在顶部电极的表面积的67％至98％之间。

第六种实现形式提供了谐振器内部的寄生抑制区域，该寄生抑制区域有效地抑制了寄生谐振。

在根据第二方面的任一前述实现形式的或根据第二方面本身的谐振器的第七种可能的实现形式中，顶部电极和布拉格反射镜中的被埋置材料相互轴向对齐。

顶部电极和被埋置材料轴向对齐在本文中应理解为表示顶部电极的中心点和被埋置材料的中心点在轴向上对齐。

第七种实现形式提供了谐振器中的均匀的寄生抑制。

在根据第二方面的任一前述实现形式的或根据第二方面本身的谐振器的第八种可能的实现形式中，顶部电极、底部电极、压电层、以及布拉格反射镜中的被埋置材料相互轴向对齐。

第八种实现形式提供了谐振器中的均匀的寄生抑制。

在根据第二方面的任一前述实现形式的或根据第二方面本身的谐振器的第九种可能的实现形式中，底部电极邻接第一层。

根据第九种可能的实现形式的第一层的设置提供了谐振器中的强寄生抑制。

根据本发明的第三方面，利用滤波器装置实现上述和其他目的，该滤波器装置包括：用于接收输入信号的输入、用于输出滤波后的输出信号的输出、以及根据第二方面的任一前述实现形式的或根据第二方面本身的至少一个谐振器。

根据第三方面的滤波器装置相对于传统解决方案提供了许多优点。一个这样的优点是：由于至少一个谐振器中的同时的温度补偿和寄生抑制，滤波器装置的性能得到改善。

根据以下详细描述，本发明的其他应用和优点将会显而易见。

附图说明

附图旨在阐明和解释本发明的不同实施例，其中：

图1示出了根据本发明实施例的布拉格反射镜的横截面。

图2示出了根据本发明另一实施例的布拉格反射镜的横截面。

图3示出了根据本发明实施例的谐振器的横截面。

图4示出了根据本发明实施例的滤波器装置。

图5示出了谐振器的有源部分和布拉格反射镜的顶部的横截面的放大图。

图6示出了谐振器的有源部分和布拉格反射镜的顶部的横截面。

图7示出了顶部电极的可能的形状的示例。

图8示出了三种不同形状的顶部电极的表面积与被埋置材料的表面积之间的关系。

图9示出了具有应力分布线的谐振器的横截面的放大图。

图10a-10d示出了具有传统布拉格反射镜的谐振器仿真和具有根据本发明实施例的布拉格反射镜的谐振器仿真的史密斯圆图和相位响应。

具体实施方式

在谐振器中，布拉格反射镜用于将谐振器的有源部分与谐振器的基板声学隔离。布拉格反射镜中使用的材料的特性对温度变化敏感。因此，诸如由谐振器中的高信号电平引起的温度升高的温度变化将影响布拉格反射镜的性能，从而影响谐振器的性能。因此，为了实现高性能，布拉格反射镜应能够补偿由这种温度变化引起的影响。传统的温度补偿解决方案是基于补偿温度升高引起的材料软化的影响。这些解决方案可以降低其中所施加的信号电平远低于1瓦特的谐振器中的非线性影响。但是，这些解决方案无法提供更高的信号电平下的足够的温度补偿。传统温度补偿解决方案的另一个问题是它们没有提供传递热能或冷却谐振器的方法。这导致了谐振器中的高温，而高温减少了谐振器的寿命。

影响谐振器的性能的另一个因素是寄生谐振，通常表现为驻波切变波。如上所述，用于抑制寄生谐振的传统解决方案是基于添加覆盖顶部电极边缘的环或将顶部电极形状设计为没有90度角。传统解决方案侧重于抑制切变波，并且不提供传递热能或冷却谐振器的方法。

因此，需要一种改进的温度补偿解决方案，其能抑制寄生谐振并增加谐振器的寿命。本发明实施例提供了这种改进的解决方案。

在本发明的一个实施例中，利用布拉格反射镜(例如，图1所示的布拉格反射镜108)来提供对升高的温度和寄生谐振的改进处理。图1中的布拉格反射镜108包括沿轴向A设置的多个层的堆叠，该轴向A也称为堆叠方向。图1示出了布拉格反射镜108的横截面，以示出布拉格反射镜108的层结构。层堆叠中的多个层包括沿径向r的至少一个第一层L1，该至少一个第一层L1垂直于轴向A并从轴线向外延伸。第一层L1包括第一材料M1和第二材料M2。第一材料M1是第一金属且第二材料M2相对于第一材料M1是不同材料。此外，在第一层L1中，第一材料M1被第二材料M2径向埋置，或者可选地，在第一层L1中，第二材料M2被第一材料M1径向埋置。图1示出了其中第二材料M2被第一材料M1径向埋置的可选方案。在该可选方案中，第一材料M1围绕第二材料M2，使得第一材料M1形成围绕第二材料M2的环，并且第二材料M2成为该环的内部填充。

除了至少一个第一层L1之外，图1中的布拉格反射镜108中的多个层包括至少一个第二层L2和至少一个第三层L3。通常，多个第二层L2和多个第三层L3将用于布拉格反射镜108中。在一个实施例中，如图1所示，多个第二层L2和多个第三层L3交替设置。

图1示出了包括一个第一层L1、两个第二层L2、和两个第三层L3的布拉格反射镜108的示例。层数可以是任意的并且取决于实现形式。然而，将第二层L2的数量和第三层L3的数量选择为相同(如图1的实施例中所示)可能是有利的。此外，在图1中，第一层L1位于层堆叠的顶部，多个第二层L2和多个第三层L3在第一层L1下方交替设置在基板(图1中未示出)上。然而，本发明不限于此实施例。布拉格反射镜108可以包括任意数量的不同层L1、L2、和L3，例如，布拉格反射镜108可以有多于一个的第一层L1。另外，层L1、L2、和L3可以灵活地设置在布拉格反射镜108的层堆叠中，意味着至少一个第一层L1的位置可以是层堆叠中的任意位置(在顶部、在底部、或在多个层中的任意层之间)。以相同的方式，多个第二层L2和多个第三层L3可以相对于至少一个第一层L1灵活地设置和移动，只要它们彼此交替设置即可。

在图1的实施例中，层堆叠中的所有层具有相同的厚度，即，在轴向上的相同的高度。然而，在其他实施例中，层可以具有不同的厚度，使得每层具有其自己的厚度。如图1所示，层的横截面可以为矩形或者梯形。当层的横截面为梯形时，与该层的总宽度相比，该层的斜边区(angled edge area)较小。

布拉格反射镜108的不同层L1、L2、和L3中使用的材料是基于它们的声学特性(例如，材料的声速和声阻抗)来选择的。与在传统的布拉格反射镜中一样，第二层L2和第三层L3应包括具有不同声阻抗的材料。这意味着如果第二层L2中的材料具有低声阻抗，则第三层L3中的材料应具有高声阻抗。声阻抗取决于声波穿过的材料的密度。如果材料的密度发生变化，则会有声波的反射。因此，布拉格反射镜108中的层之间的声阻抗的这种差异引起声波的反射，从而提供布拉格反射镜108的声学隔离。

第一层L1中的第一材料M1和第二材料M2可以具有大致相同的声阻抗值，但具有不同(优选地，显著不同)的声速。当第一材料M1和第二材料M2具有大致相同的声阻抗值时，第一材料M1和第二材料M2可以被包含在同一层中而不会对布拉格反射镜108的反射特性造成不利的影响。第一材料M1和第二材料M2应具有不同声速这一标准造成穿过不同材料的声波的不匹配。这种不匹配阻碍了横波在第一层中的第一材料M1的区域和第二材料M2的区域之间传播，从而抑制了寄生谐振。

与声阻抗相关的标准表示为第一材料M1的声阻抗与第二材料M2的声阻抗之间的比。在一个实施例中，第一材料M1的声阻抗与第二材料M2的声阻抗之比在0.5至2.0之间。与声速相关的标准表示为第一材料M1的声速与第二材料M2的声速之间的比。在一个实施例中，第一材料M1的声速与第二材料M2的声速之比小于0.94或大于1.06。

图2所示为满足上述标准的材料组合的一个示例。在图2中，第一层L1包括第一材料M1和第二材料M2，而多个第二层L2包括第三材料M3，多个第三层L3包括第一材料M1。第一材料M1和第三材料M3均被选择为金属。由于金属具有高导热率，这确保了热能通过布拉格反射镜108的良好传递。第一材料M1是第一金属，并且第三材料M3是第二金属。第二金属与第一金属不同并且具有与第一金属不同的声阻抗。第二材料M2与第一材料M1不同并且具有与第一材料M1不同的声速。更具体地，如图2所示，第一材料M1可以是铝Al，第二材料M2可以是二氧化硅SiO₂，第三材料M3可以是钨W。铝Al是具有低声阻抗值的金属，其具有17.3×10⁶kg/m²s的声阻抗值，而钨W是具有高声阻抗值的金属，其具有101×10⁶kg/m²s的声阻抗值。二氧化硅SiO₂的声阻抗值(即，13.1×10⁶kg/m²s)接近铝Al的声阻抗值，但二氧化硅SiO₂的声速(即，5970m/s)低于铝Al的声速(即，6422m/s)。因此，使用上述材料，满足了与上述声阻抗和声速相关的标准，从而得到具有改善的温度补偿和改善的热能传递的布拉格反射镜。

在本发明的一个实施例中，布拉格反射镜108用于诸如图3中示出的谐振器100的谐振器。谐振器100包括顶部电极102、底部电极104、以及设置在顶部电极102和底部电极104之间的压电层106。顶部电极102、底部电极104、和压电层106这三部分共同构成谐振器100的有源部分。顶部电极层102和底部电极层104可以包括钼Mo、钨W、铂Pt、钛Ti、钌Ru，铱Ir、铝Al、或其他合适的电极材料。压电层106可以包括氮化铝AlN、钪氮化铝Sc_XAl_X-1N(其中，X在0.01和0.5之间)、氧化锌ZnO、或其他合适的压电材料。谐振器100还包括布拉格反射镜108(例如，如图1和图2所示和描述的)和基板110。布拉格反射镜108设置在有源部分和基板110之间，以将有源部分与基板110声学隔离。顶部电极102、底部电极104、压电层106、和布拉格反射镜108中的被埋置材料M1；M2(M1或M2，以下适用于M1；M2)相对于彼此轴向对齐。如图3所示，这意味着上述部件的中心区域在轴向上对齐。

在一个实施例中，将谐振器100用于滤波器装置，例如，图4中所示的滤波器装置200。滤波器装置200包括用于接收输入信号的输入202和用于输出滤波后的输出信号的输出204。滤波器装置200还包括根据本文所描述的任一实施例的至少一个谐振器100。如图4所示，使用一个或多个谐振器100a,100b,...,100n对输入信号进行滤波。每个谐振器100a,100b,...,100n具有两个谐振频率，并且在一个实施例中，滤波器装置200包括具有两个不同谐振频率组的谐振器。

现在结合图5至图8对关于谐振器100的结构以及布拉格反射镜108和谐振器100的有源部分之间的关系的更多细节进行描述。

图5示出了根据实施例的第一层L1中的第一材料M1和第二材料M2相对于谐振器100的有源部分的位置。在该实施例中，第一层L1放置于谐振器100的有源部分的正下方的布拉格反射镜108的顶部。所以，在该实施例中，底部电极104邻接第一层L1，从而也邻接第一层L1中的被埋置材料。因此，底部电极104与第一层L1物理接触。图5中的被埋置材料是第二材料M2。第二材料M2轴向地位于顶部电极102下方并且覆盖比顶部电极102小的区域，即，图5中的区域I。意味着第一层L1中的第一材料M1跨越顶部电极102的外围区域，即，最靠近顶部电极102的边缘的外部区域(在图5中表示为区域II)。第一材料M1还覆盖顶部电极102之外的区域，即图5中的区域III。以这种方式设置第一层L1中的材料M1、M2的好处是抑制了寄生谐振，下面将结合图6进行更详细的描述。

谐振器100中的每层沿径向延伸，并且沿径向延伸的宽度在本文中被表示为层的宽度w。宽度w也可以指第一层内的被埋置材料的沿径向的宽度。图6示出了顶部电极102的宽度w₁与被埋置材料M1；M2的宽度w₂之间的关系。第一层L1中的被埋置材料M1；M2的宽度w₂可以在顶部电极102的宽度w₁的60％至150％之间变化。因此，被埋置材料M1；M2的宽度w₂可以比顶部电极102的宽度w₁窄或者比顶部电极102的宽度w₁宽。在图6所示的实施例中，被埋置材料M1；M2的宽度w₂比顶部电极102的宽度w₁窄。

被埋置材料M1；M2的表面积和顶部电极102的表面积之间存在与宽度关系类似的关系。意味着被埋置材料M1；M2的表面积可以大于或者小于顶部电极102的表面积。表面积在本文中被理解为表示层(或层内的材料M1；M2)在径向平面内的表面的面积。在一个实施例中，被埋置材料M1；M2的表面积小于顶部电极102的表面积。在更具体的实施例中，被埋置材料的表面积在顶部电极102的表面积的67％至98％之间。

被埋置材料M1；M2和顶部电极102的表面积由其在径向平面内的形状确定。在一个实施例中，被埋置材料M1；M2的形状与顶部电极102的形状是同一形状。例如，该形状可以是正方形、矩形、梯形、五边形、或任何其他多边形。图7示出了可能的形状的三个示例。

图8示出了三种不同形状的顶部电极102的表面积与被埋置材料M1；M2的表面积之间的关系。在图8中，被埋置材料M1；M2的表面积在如下实施例中示出，其中，被埋置材料M1；M2的表面积小于顶部电极102的表面积。当使用正方形的形状时，被埋置材料M1；M2的表面积优选为顶部电极102的表面积的82％-98％。对于其他形状，顶部电极102下方的被埋置材料M1；M2的表面积优选为顶部电极102的表面积的67％-96％。

布拉格反射镜108中的第一层L1能够冷却谐振器100并对谐振器100进行温度补偿。通过引导热能经过布拉格反射镜108的金属层传递到基板110，来实现谐振器100的冷却。而进一步的温度补偿，可以通过将被埋置材料M1；M2的区域选择为TCF材料(例如，SiO₂)来实现。

布拉格反射镜108中的第一层L1也提供寄生谐振抑制。由于第一层L1中的不同材料M1；M2的声学厚度不同，因此实现了寄生谐振抑制。图9示出了两个不同的区域I和区域II。在区域I中，第一层L1包括第二材料M2。在区域II中，第一层L1包括第一材料M1。如前所述，第一材料M1和第二材料M2具有不同的声速。因此，区域I和区域II将具有如图9中的应力分布线所示的不同的声学厚度。在图9中，布拉格反射镜108中的层具有区域I中的第二材料M2的λ/4厚度。λ/4厚度取决于材料。λ/4厚度被定义为材料中的纵向声速除以四倍的设计平行谐振频率。在其他实施例中，布拉格反射镜108中的层厚度可以是除了λ/4之外的另一个值。用第二材料M2的λ/4厚度的层，区域I中的应力分布线的零点在布拉格反射镜108中的层之间的边界处，以获得对振动的最佳可能反射。然而，在区域II中，第一材料M1的声学厚度大于或小于λ/4，因此应力分布线的零点在层之间的边界上方或下方。声学层厚度分别将区域II中的谐振频率改变为比区域I中更高或更低的频率。区域I和区域II中的谐振频率之间的这种不匹配阻碍横波传播至区域III中，从而减少了寄生谐振。

已经进行了将本发明布拉格反射镜108的性能与传统布拉格反射镜的性能进行比较的仿真。在该仿真中，仿真中的有源堆叠包括钼Mo电极层和氮化铝AlN压电层。将λ/4厚度的每种材料应用在布拉格反射镜中。

在热二维(2D)仿真中，将顶部电极102处的温度设置为323.15K(+50℃)。这大约是由驱入谐振器100中的低电平信号(小于20dBm)引起的顶部电极102的温度。将布拉格反射镜108下方11μm处的基板温度设置为室温，并将其用作参考温度和散热器。

仿真中的示例提供了具有和不具有第一层L1的传统SiO₂/W布拉格反射镜，以及具有和不具有第一层L1的Al/W布拉格反射镜。在具有根据本发明的第一层L1的示例中，使用被埋置的Al区域和SiO₂区域并将其放置在每个布拉格反射镜的顶部。在使用被埋置的SiO₂区域的情况下，第一层L1的其余部分包括Al。在使用被埋置的Al区域的情况下，第一层L1的其余部分包括SiO₂。表I示出了在不同示例的中心处测量的平均热通量。

表I谐振器的中心处的谐振器平均热通量(W/m²)

仿真表明，纯Al/W布拉格反射镜108和第一层L1中具有被埋置的Al的Al/W布拉格反射镜108具有最高的热通量。通过纯Al/W布拉格反射镜108和第一层L1中具有被埋置的Al的Al/W布拉格反射镜108的平均热通量比通过传统的SiO₂/W布拉格反射镜的热通量高八倍。而通过第一层L1中具有被埋置的SiO₂的Al/W布拉格反射镜108的平均热通量比通过传统的SiO₂/W布拉格反射镜的热通量高约两倍。

在二维仿真中，在应用了第一层L1的所有情况下，对寄生谐振的抑制都是明显的。在仿真中，第一层L1中的被埋置材料Al/SiO₂的宽度在顶部电极宽度的60％到底部电极106的全长之间变化。在该仿真中，第一层L1位于布拉格反射镜的顶部。

图10a示出了布拉格反射镜中没有任何第一层L1的谐振器仿真的史密斯圆图，而且图10b示出了布拉格反射镜中没有任何第一层L1的谐振器仿真的相位响应(x轴表示以GHz为单位的频率，y轴表示以弧度为单位的相位)。布拉格反射镜叠层包括交替的Al层和W层。在图10a和图10b的图像中的谐振频率区域中都可以看到寄生谐振。对于布拉格反射镜108中具有第一层L1(该第一层L1具有第一层L1中的SiO₂的被埋置区域)的谐振器，图10c示出了其史密斯圆图，而且图10d示出了其相位响应(x轴表示以GHz为单位的频率，y轴表示以弧度为单位的相位)。被埋置的SiO₂区域的宽度是顶部电极宽度的89％。

仿真表明，用Al/W布拉格反射镜，寄生谐振在串联频率和并联频率之间强烈地出现，见图10a和图10b。串联谐振频率是谐振器的阻抗响应具有局部最小值的频率，并联谐振频率是谐振器的阻抗响应具有局部最大值的频率。当具有被埋置的SiO₂区域的第一层L1被添加到布拉格反射镜108时，相同频率区域处的寄生谐振被极大地抑制，参见图10c和图10d。当被埋置的SiO₂区域接近顶部电极102的宽度或者整个第一层L1都为SiO₂时，寄生谐振出现在串联区域和并联区域之间的频率区域。当被埋置的SiO₂区域的宽度为顶部电极102的宽度的85％-95％时，实现了对寄生谐振的最强抑制。

总结表II示出了来自仿真的选定参数。SiO₂/W布拉格反射镜和Al/W布拉格反射镜分别包括2.5×SiO₂/W层(即，SiO₂/W/SiO₂/W/SiO₂)和3.5×Al/W层(即，Al/W/Al/W/Al/W/Al)。在一维仿真中，所有层结构产生大致相同的品质因子Q值，其中Q被定义为相位相对于角频率的导数：

表II中的Q_s和Q_p分别是串联谐振频率f_s和并联谐振频率f_p处的Q值。为了比较，在表II中包括了具有Al/W布拉格反射镜和具有SiO₂/W布拉格反射镜(Al/W布拉格反射镜和SiO₂/W布拉格反射镜具有寄生抑制环)的谐振器的仿真结果。

表II仿真结果的选定参数

虽然使用纯Al/W布拉格反射镜可以实现更好的温度处理，但是根据仿真的Q值，Al/W布拉格反射镜中的被埋置的SiO₂层可以实现显著更好的滤波性能。

此处的触发非线性响应的容差是基于层堆叠的温度处理能力。温度处理能力越好，可以驱动到谐振器中的信号电平越高，并仍然接收线性响应。

最后，应当理解的是，本发明不限于上述实施例，而是涉及并包含所附独立权利要求范围内的所有实施例。

Claims

1.一种布拉格反射镜(108)，包括沿轴向(A)设置的多个层的堆叠，其中，所述多个层包括至少一个第一层(L1)，所述至少一个第一层(L1)沿径向(r)包括第一材料(M1)和第二材料(M2)，其中，所述第一材料(M1)是第一金属且所述第二材料(M2)相对于所述第一材料(M1)是不同材料，并且其中，在所述第一层(L1)中，所述第一材料(M1)被所述第二材料(M2)径向埋置，或者其中，在所述第一层(L1)中，所述第二材料(M2)被所述第一材料(M1)径向埋置，

其中，所述多个层包括至少一个第二层(L2)和至少一个第三层(L3)，所述至少一个第二层(L2)包括第三材料(M3)，所述至少一个第三层(L3)包括所述第一材料(M1)，

其中，所述第三材料(M3)是第二金属，

其中，所述第一材料(M1)的声阻抗与所述第二材料(M2)的声阻抗相同，所述第一材料(M1)的声速与所述第二材料(M2)的声速不同，所述第二金属与所述第一金属是不同材料，所述第三材料(M3)的声阻抗大于所述第一材料(M1)的所述声阻抗和所述第二材料(M2)的所述声阻抗。

2.根据权利要求1所述的布拉格反射镜(108)，其中，所述第一材料(M1)的所述声速与所述第二材料(M2)的所述声速之比小于0.94或大于1.06。

3.根据权利要求1或2所述的布拉格反射镜(108)，其中，所述第一材料(M1)的所述声阻抗与所述第二材料(M2)的所述声阻抗之比在0.5至2.0之间。

4.根据权利要求1或2所述的布拉格反射镜(108)，其中，埋置材料形成围绕被埋置材料的环，并且所述被埋置材料(M1；M2)形成所述环的填充。

5.根据权利要求1所述的布拉格反射镜(108)，其中，所述第一材料(M1)是铝，所述第二材料(M2)是二氧化硅，所述第三材料(M3)是钨。

6.根据权利要求5所述的布拉格反射镜(108)，其中，所述多个层包括多个所述第二层(L2)和多个所述第三层(L3)，其中，所述多个第二层(L2)和所述多个第三层(L3)交替设置在所述堆叠中。

7.根据权利要求6所述的布拉格反射镜(108)，其中，所述多个第二层(L2)和所述多个第三层(L3)交替设置在所述第一层(L1)下方。

8.一种谐振器(100)，包括：

顶部电极(102)，

底部电极(104)，

压电层(106)，设置在所述顶部电极(102)和所述底部电极(104)之间，

基板(110)，以及

根据权利要求1所述的布拉格反射镜(108)，其中，所述布拉格反射镜(108)设置在所述底部电极(104)和所述基板(110)之间。

9.根据权利要求8所述的谐振器(100)，其中，所述顶部电极(102)在所述轴向上与所述被埋置材料(M1；M2)重叠。

10.根据权利要求8或9所述的谐振器(100)，其中，所述底部电极(104)邻接所述被埋置材料(M1；M2)。

11.根据权利要求8或9所述的谐振器(100)，其中，所述被埋置材料(M1；M2)的形状与所述顶部电极(102)的形状是同一形状。

12.根据权利要求8或9所述的谐振器(100)，其中，所述被埋置材料(M1；M2)的表面积小于所述顶部电极(102)的表面积。

13.根据权利要求12所述的谐振器(100)，其中，所述被埋置材料(M1；M2)的所述表面积在所述顶部电极(102)的所述表面积的67％至98％之间。

14.根据权利要求8或9所述的谐振器(100)，其中，所述顶部电极(102)和所述布拉格反射镜(108)中的所述被埋置材料(M1；M2)相互轴向对齐。

15.根据权利要求8或9所述的谐振器(100)，其中，所述底部电极(104)邻接所述第一层(L1)。