双工器的制作方法

本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种双工器。

背景技术：

在移动通讯设备中，滤波器是其能够进行通讯交流最为核心的部件。伴随着5g时代的到来，移动通讯系统朝着更高频率、更宽频段的目标不断发展，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段越来越高，移动通讯设备要求覆盖的频率范围越来越大，这意味着需要更多的滤波器来实现数据的选择和传输以实现全频段的通讯要求，使移动通讯设备小型化受到了阻碍。因此，越来越多的双工器被运用到移动通讯设备中，实现宽频段通讯功能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通讯系统中，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薄膜谐振器(filmbulkacousticresonator,以下简称fbar)、声表面波(surfaceacousticwave,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的通讯频率要求。fbar滤波器中心频率能够到达5g频段，但是由于fbar滤波器调频需要在电极表面沉积一层负载层，传统的fbar构建双工器时，无法在一片晶圆上沉积不同厚度的负载层，需要在两片晶圆上分别制造接收端滤波器和发射端滤波器，不仅增加了双工器的整体尺寸，还增加了工艺成本。

技术实现要素：

本发明提供一种能够单片集成，小型化的双工器。

根据本发明实施例的一方面，一种双工器，包括基底以及位于所述基底上的接收滤波器和发射滤波器；所述接收滤波器和所述发射滤波器均包括一个或多个底部薄膜体声波谐振器，和在所述一个或多个底部薄膜体声波谐振器上形成的顶部薄膜体声波谐振器；所述发射滤波器的所述底部薄膜体声波谐振器和所述顶部薄膜体声波谐振器具有质量负载层。

在上述的双工器，所述底部薄膜体声波谐振器包括从下到上依次堆叠的底电极、第一压电层和第一顶电极，所述底电极与所述基底接合并位于所述基底的凹腔上方；其中上方设有所述顶部薄膜体声波谐振器的所述底部薄膜体声波谐振器的所述第一压电层具有另一凹腔，所述第一顶电极与所述第一压电层接合并位于所述另一凹腔上方；所述顶部薄膜体声波谐振器包括位于所述第一顶电极上的第二压电层，和位于所述第二压电层上方的第二顶电极。

在上述的双工器，所述第一压电层的厚度与所述第二压电层的厚度不相等。

本发明通过对底部薄膜体声波谐振器压电层厚度t1、顶部薄膜体声波谐振器压电层厚度t2以及质量负载的厚度等的调整，可以很容易的进行谐振器谐振频率的匹配，实现双工器接收发射滤波器的单片集成，减小双工器的尺寸。此外，由于采用的是侧向堆叠，可以减小各谐振器间的振动干扰，提高双工器的整体性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1示出了根据本发明的一个实施例的双工器的框图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的集成在同一基底上的接收滤波器和发射滤波器的截面图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的接收滤波器的截面图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的发射滤波器的截面图。

具体实施方式

图1示出了双工器110的框图。图2示出了根据本发明的一个实施例的集成在同一基底201上的接收滤波器103和发射滤波器104的截面图。如图1和图2所示，双工器110包括天线101、移相器102以及集成在同一基底201上的接收滤波器103和发射滤波器104。基底为高阻材料，可为高阻硅。接收滤波器103包括一个或多个底部薄膜体声波谐振器210，和在所述一个或多个底部薄膜体声波谐振器210上形成的顶部薄膜体声波谐振器220。发射滤波器104也包括一个或多个底部薄膜体声波谐振器320，和在所述一个或多个底部薄膜体声波谐振器320上形成的顶部薄膜体声波谐振器330。

图3示出了根据本发明的一个实施例的接收滤波器103的截面图。如图3所示，接收滤波器103底部薄膜体声波谐振器210包括从下到上依次堆叠的底电极203、第一压电层204和第一顶电极206，底电极203与基底201接合并位于基底201的凹腔202上方，凹腔202为真空腔。其中上方设有顶部薄膜体声波谐振器220的底部薄膜体声波谐振器210的第一压电层204具有另一凹腔205，第一顶电极206与第一压电层204接合并位于另一凹腔205上方，另一凹腔205为真空腔。即底部薄膜体声波谐振器210的第一顶电极206同时作为顶部薄膜体声波谐振器220的底电极。顶部薄膜体声波谐振器220的第二压电层207位于第一顶电极206上，第二顶电极208位于第二压电层207上。

底电极203、第一顶电极206、第二顶电极208材料可选用钨、钼、铝、金、铂。第一压电层204、第二压电层207材料可采用pzt、aln、zno、cds、linbo3。

接收滤波器103的底部薄膜体声波谐振器210第一压电层204的厚度t1与顶部薄膜体声波谐振器220的第二压电层207的厚度t2不相等，可以在不增加额外负载层的情况下获得不同谐振频率的谐振器。当t1大于t2时，底部薄膜体声波谐振器210作为接收滤波器103的并联谐振器，顶部薄膜体声波谐振器220作为接收滤波器103的串联谐振器；反之，底部薄膜体声波谐振器210作为接收滤波器103的串联谐振器，顶部薄膜体声波谐振器220作为接收滤波器103的并联谐振器。

图4示出了根据本发明的一个实施例的发射滤波器104的截面图。如图4所示，发射滤波器104结构上与接收滤波器103类似。不同之处在于：发射滤波器104的底部薄膜体声波谐振器320还具有质量负载309；顶部薄膜体声波谐振器330还具有质量负载310。发射滤波器104的底部薄膜体声波谐振器320第一压电层204的厚度t1与顶部薄膜体声波谐振器330的第二压电层207的厚度t2不相等。当t1大于t2时，底部薄膜体声波谐振器320作为发射滤波器104的并联谐振器，顶部薄膜体声波谐振器330作为发射滤波器104的串联谐振器；反之，底部薄膜体声波谐振器320作为发射滤波器104的串联谐振器，顶部薄膜体声波谐振器330作为发射滤波器104的并联谐振器。通过调节质量负载309和质量负载310的厚度，使底部薄膜体声波谐振器320和顶部薄膜体声波谐振器330的谐振频率从下行频段降到上行频段。

根据本发明，可以很容易的实现双工器接收发射滤波器的单片集成，减小双工器的尺寸。此外，由于采用的是侧向堆叠，可以减小各谐振器间的振动干扰，提高双工器的整体性能。

技术特征：

1.一种双工器，其特征在于，包括基底以及位于所述基底上的接收滤波器和发射滤波器；所述接收滤波器和所述发射滤波器均包括一个或多个底部薄膜体声波谐振器，和在所述一个或多个底部薄膜体声波谐振器上形成的顶部薄膜体声波谐振器；所述发射滤波器的所述底部薄膜体声波谐振器和所述顶部薄膜体声波谐振器具有质量负载层。

2.根据权利要求1所述的双工器，其特征在于，所述底部薄膜体声波谐振器包括从下到上依次堆叠的底电极、第一压电层和第一顶电极，所述底电极与所述基底接合并位于所述基底的凹腔上方；其中上方设有所述顶部薄膜体声波谐振器的所述底部薄膜体声波谐振器的所述第一压电层具有另一凹腔，所述第一顶电极与所述第一压电层接合并位于所述另一凹腔上方；所述顶部薄膜体声波谐振器包括位于所述第一顶电极上的第二压电层，和位于所述第二压电层上方的第二顶电极。

3.根据权利要求2所述的双工器，其特征在于，所述第一压电层的厚度与所述第二压电层的厚度不相等。

技术总结
公开了一种双工器，包括基底(201)以及位于基底(201)上的接收滤波器(103)和发射滤波器(104)；接收滤波器(103)和发射滤波器(104)均包括一个或多个底部薄膜体声波谐振器(210，320)，和在所述一个或多个底部薄膜体声波谐振器(210，320)上形成的顶部薄膜体声波谐振器(220，330)；发射滤波器(104)的底部薄膜体声波谐振器(320)和顶部薄膜体声波谐振器(330)具有质量负载层。本发明通过对底部薄膜体声波谐振器(210，320)压电层厚度t1、顶部薄膜体声波谐振器(220，330)压电层厚度t2以及质量负载的厚度等的调整，可以很容易的进行谐振器谐振频率的匹配，实现双工器接收发射滤波器的单片集成，减小双工器的尺寸。

技术研发人员：孙成亮;粘来霞;邹杨;徐沁文;刘炎;高超
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：2019.12.17
技术公布日：2020.04.10