体声波谐振器

技术领域

本发明实施例涉及谐振器技术领域，尤其涉及一种体声波谐振器。

背景技术

理想体声波谐振器是由上电极、压电层和下电极组成的声学堆，该谐振器具有尺寸小、性能好、适用于集成电路等优点。

体声波谐振器通常激发沿压电层厚度方向的传播的纵向体声波，该纵向体声波是影响体声波谐振器品质的主要因素。然而，现有的体声波谐振器除了产生期望的纵向体声波外，往往还会在器件中产生其他形式的驻波，增加了体声波谐振器的噪声，对体声波谐振器的性能产生了不利影响。

发明内容

本发明提供一种体声波谐振器，以阻止其他形式的驻波的产生，减少体声波谐振器的噪声，提升体声波谐振器的性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种体声波谐振器，该体声波谐振器包括：

上电极、压电层和下电极，所述压电层设置在所述上电极和所述下电极之间；

所述压电层在所述下电极的垂直投影的至少部分边界包括多个锯齿结构。

可选地，所述上电极和所述下电极在垂直于所述体声波谐振器的厚度方向的平面上的垂直投影的至少部分边界包括多个锯齿结构。

可选地，相邻所述锯齿结构的中心间距大于或等于2微米。

可选地，所述压电层在所述下电极的垂直投影的所有边界均包括多个锯齿结构。

可选地，多个所述锯齿结构在所述边界上依次首尾相连。

可选地，所述锯齿结构的形状包括三角形或梯形。

可选地，所述体声波谐振器在垂直于其厚度方向的平面上的垂直投影的形状包括多边形。

可选地，所述上电极和所述下电极的材质为金、钼、铝、铬和镍中的任一种。

可选地，所述压电层的材质为锆钛酸铅压电陶瓷、氧化锌和氮化铝中的任一种。

本发明实施例提供了一种体声波谐振器，该体声波谐振器包括：上电极、压电层和下电极，压电层设置在上电极和下电极之间；压电层在下电极的垂直投影的至少部分边界包括多个锯齿结构。通过在压电层的侧面设置多个锯齿结构，使压电层的侧面形成不规则边缘，以使压电层通电后产生的横向体声波传播到压电层与空气接触的表面时，能够发生杂乱无章的反射或漫反射，防止横向驻波的形成，解决了现有的体声波谐振器除了产生纵向体声波外，还会产生其他形式的驻波，增加体声波谐振器的噪声，对体声波谐振器的性能产生不利影响的问题，阻止了其他形式的驻波的产生，减少了体声波谐振器的噪声，提升了体声波谐振器的性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种体声波谐振器的平面结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种体声波谐振器的立体结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种体声波谐振器的垂直投影示意图；

图4是现有技术中的一种体声波谐振器的平面结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的立体结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种体声波谐振器的阻抗和频率的函数曲线示意图；

图7-15是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图；

图16是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的阻抗和频率的函数曲线示意图；

图17-18是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种体声波谐振器的平面结构示意图，具体示出了该体声波谐振器的平面侧视结构；图2是本发明实施例提供的一种体声波谐振器的立体结构示意图，具体示出了该体声波谐振器的立体侧视结构；图3是本发明实施例提供的一种体声波谐振器的垂直投影示意图，图3示意性地示出了如图1-2所示的体声波谐振器中的压电层2在下电极3上的垂直投影形状。如图1-3所示，该体声波谐振器包括：上电极1、压电层2和下电极3，压电层2设置在上电极1和下电极3之间；压电层2在下电极3的垂直投影的至少部分边界包括多个锯齿结构A。

如图1-2所示，本实施例提供的体声波谐振器，可基于体声波的谐振技术，应用压电效应，接入外加电源后将电能信号转换为对应的声波信号从而形成谐振。具体地，上电极1可接入外加电源的一极，下电极3可接入外加电源的另一极，压电层2在通电后会随着外加电源产生的电场的变化发生相应的膨胀或收缩等形变，从而在压电层2的厚度方向上产生纵向体声波，该纵向体声波传播到上电极1与空气交界处以及下电极3与空气交界处时能够发生反射，从而在压电层2中形成振荡。

如图1-3所示，可以将压电层2沿厚度方向ao的侧面设置多个锯齿结构，使压电层2的侧面形成不规则边缘，当压电层2沿厚度方向ao向下电极3进行垂直投影时，下电极3表面上的垂直投影呈现与压电层2侧面边缘形状一致的至少部分边界包括多个锯齿结构A的形状。

图4是现有技术中的一种体声波谐振器的平面结构示意图，具体示出了现有技术中的体声波谐振器的平面侧视结构。如图4所示，现有技术中的体声波谐振器的压电层2’与上电极1’和下电极3’的尺寸与形状一致，压电层2’的侧面呈现规则平面结构，所有边缘均是直线。然而，现有技术中的体声波谐振器接入外加电源后，压电层2’中除了会产生期望的纵向体声波外，还会产生横向体声波，形成驻波后会增加体声波谐振器的噪声，降低了体声波谐振器的性能。

本实施例提供的体声波谐振器，包括：上电极、压电层和下电极，压电层设置在上电极和下电极之间；压电层在下电极的垂直投影的至少部分边界包括多个锯齿结构。通过在压电层的侧面设置多个锯齿结构，使压电层的侧面形成不规则边缘，以使压电层通电后产生的横向体声波传播到压电层与空气接触的表面时，能够发生杂乱无章的反射或漫反射，防止横向驻波的形成，解决了现有的体声波谐振器除了产生纵向体声波外，还会产生其他形式的驻波，增加体声波谐振器的噪声，对体声波谐振器的性能产生不利影响的问题，阻止了其他形式的驻波的产生，减少了体声波谐振器的噪声，提升了体声波谐振器的性能。

图5是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的立体结构示意图。如图5所示，可选地，在上述技术方案的基础上，上电极1和下电极3在垂直于体声波谐振器的厚度方向的平面上的垂直投影的至少部分边界包括多个锯齿结构A。

具体地，参考图5，可以在上电极1、压电层2和下电极3的侧面均设置多个锯齿结构A，使上电极1、压电层2和下电极3的侧面均形成不规则边缘，当上电极1、压电层2和下电极3沿体声波谐振器的厚度方向ao进行垂直投影时，垂直投影呈现与上电极1、压电层2和下电极3侧面边缘形状一致的至少部分边界包括多个锯齿结构A的形状(垂直投影的具体形状可参考图3)。这样当该体声波谐振器接入外加电源后，压电层2中产生的除纵向体声波外的其他方向，例如横向体声波在压电层2中传播时，传播到上电极1、压电层2和下电极3的多个锯齿形侧面与空气接触的表面会发生更加杂乱无章的反射或漫反射，阻止了横向驻波或其他方向驻波的形成，进一步减少了体声波谐振器的噪声，提升了体声波谐振器的性能。

需要说明的是，图5示意性的示出了上电极1、压电层2和下电极3的形状一致的情况，实际应用时，上电极1、压电层2和下电极3的形状可能相同，也可能不同，保证上电极1、压电层2和下电极3能够分别形成锯齿形侧面即可，本发明实施例对此不进行限制。

图6是本发明实施例提供的一种体声波谐振器的阻抗和频率的函数曲线示意图。如图6所示，以虚线示出的曲线C为图4提供的现有技术中的体声波谐振器的阻抗和频率之间的函数曲线，曲线D为图5所示的本发明实施例所提供的体声波谐振器的阻抗和频率之间的函数曲线，根据体声波谐振器的阻抗和频率之间的函数关系可知，曲线越平滑，代表体声波谐振器的噪声越少，由此可知，本发明实施例所提供的包括锯齿结构A的体声波谐振器相对与现有技术噪声更少，器件的性能更佳。

参考图3，可选地，在上述技术方案的基础上，压电层在下电极的垂直投影的所有边界均包括多个锯齿结构A。示例性地，仅在压电层的侧面设置锯齿结构A时，可以将压电层的所有侧面均设置多个锯齿结构A，相应地，压电层在下电极的垂直投影的所有边界均包括多个锯齿结构A；在上电极、压电层和下电极的侧面均设置锯齿结构A时，可以将上电极、压电层和下电极的所有侧面均设置多个锯齿结构A，相应地，上电极、压电层和下电极沿体声波谐振器的厚度方向进行垂直投影时，垂直投影的所有边界均包括多个锯齿结构A。

可选地，在上述技术方案的基础上，压电层在下电极的垂直投影的部分边界包括多个锯齿结构，具体可以是任意一个边界包括多个锯齿结构，任意两个边界包括多个锯齿结构，或任意三个边界包括多个锯齿结构。图7是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图，图7示意性地示出了压电层在下电极的垂直投影的一个边界包括多个锯齿结构A的情况。图8是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图；图9是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图，图8-9示意性地示出了压电层在下电极的垂直投影的两个边界包括多个锯齿结构A的两种情况。图10是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图，图10示意性地示出了压电层在下电极的垂直投影的三个边界包括多个锯齿结构A的情况。

需要说明的是，若在体声波谐振器的上电极、压电层和下电极的侧面均设置锯齿结构，上电极、压电层和下电极沿体声波谐振器的厚度方向进行垂直投影时，垂直投影的形状也可参考图3，以及图7-10，具体仅在压电层设置锯齿结构A，或在上电极、压电层和下电极均设置锯齿结构A，以及两种情况下各侧面锯齿结构A的设置情况，可以结合实际应用情况进行确定。

如图7-10所示，可选地，在上述技术方案的基础上，多个锯齿结构A在边界上依次首尾相连。具体地，每个锯齿结构A包括相交的两边，相交点为顶点，不相交的点为端点，可以设置多个锯齿结构A通过端点依次首尾相连，以使压电层的侧面，或上电极、压电层和下电极的侧面上形成连续的多个锯齿结构A，对应的垂直投影的边界上也包括依次首尾相连的多个锯齿结构A。

图11是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图。如图11所示，可选地，在上述技术方案的基础上，也可以在压电层的侧面，或上电极、压电层和下电极的侧面设置间隔设定距离的多个锯齿结构A，对应的垂直投影的边界上形成不连续的多个锯齿结构A。

如图7-11所示，可选地，在上述技术方案的基础上，多个锯齿结构A的形状相同。这样设置，可以降低锯齿结构制作时的工艺难度，降低工艺成本。

图12是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图。如图12所示，可选地，在上述技术方案的基础上，多个锯齿结构的形状也可以不同。具体地，可以在压电层的侧面，或上电极、压电层和下电极的侧面上设置多个形状相同的锯齿结构，也可以设置多个形状不同的锯齿结构，可以结合实际应用情况以及锯齿结构防止除纵向体声波外的其他形式的驻波产生的效果，对锯齿结构进行具体设置。

此外，多个锯齿结构的尺寸可以相同也可以不同，具体可以根据需要设置。

可选地，在上述技术方案的基础上，锯齿结构的形状包括三角形或梯形。这样设置，使得锯齿结构在制作时工艺较为简单，降低了工艺成本。图13是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图。图2-3、图5，以及图7-12示出了锯齿结构为三角形的情况，图13示出了锯齿结构A’为梯形的情况，锯齿结构的具体形状，可以结合实际应用情况以及锯齿结构防止除纵向体声波外的其他形式的驻波产生的效果进行选择。

参考图11，可选地，在上述技术方案的基础上，相邻锯齿结构A的中心间距B大于或等于2微米。这样设置，进一步降低了锯齿结构A的制作工艺难度，降低了制作成本。

图14是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图；图15是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图。图3示了压电层沿厚度方向的侧面均有设置有多个依次连接且尺寸一致的锯齿结构A，相邻锯齿结构A的中心间距B为普通尺寸的情况，图14-15示了压电层沿厚度方向的侧面均有设置有多个依次连接且尺寸一致的锯齿结构A，相邻锯齿结构A的中心间距B分别为稀疏尺寸和加密尺寸的情况。图16是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的阻抗和频率的函数曲线示意图。曲线G为图3对应的体声波谐振器的阻抗和频率之间的函数曲线，曲线E和F分别为图14和图15对应的体声波谐振器的阻抗和频率之间的函数曲线。如图16所示，曲线E、曲线G和曲线F的平滑程度依次递增，对应的各体声波谐振器中相邻锯齿结构A的中心间距B依次递减，由此，中心间距B越小，体声波谐振器的阻抗和频率的函数曲线越平滑，体声波谐振器的噪声越少，体声波谐振器的性能更佳。因此，压电层的侧面，或上电极、压电层和下电极的侧面上的多个锯齿结构A优选设置成越密集，阻止其他形式驻波的效果越好。示例性的，可以设置相邻锯齿结构A的中心间距B为加密尺寸，该加密尺寸的范围为2um-5um，或普通尺寸，该普通尺寸的范围为5um-10um，或稀疏尺寸，该稀疏尺寸的范围为10um-20um。

图17是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图；图18是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的垂直投影示意图。可选地，在上述技术方案的基础上，体声波谐振器在垂直于其厚度方向的平面上的垂直投影的形状包括多边形。具体地，体声波谐振器在垂直于其厚度方向的平面上的垂直投影的形状是指垂直投影的轮廓的近似形状，多边形可以是三条或三条以上的线段首尾顺次连接所组成的平面图形，包括三角形、四边形和五边形等，可以是规则多边形，也可以是不规则多边形，其中，四边形可以是正方形或长方形。图3和图7-15示出了体声波谐振器在垂直于其厚度方向的平面上的垂直投影的外轮廓为正方形时，体声波谐振器上锯齿结构的设置情况，图17-18分别示出了声波谐振器在垂直于其厚度方向的平面上的垂直投影的外轮廓为三角形和四边形时，体声波谐振器上锯齿结构的设置情况。体声波谐振器可结合其具体结构和应用具有不同的形状，不同形状的体声波谐振器可以依据本发明任意实施例为其设置锯齿结构。

可选地，在上述技术方案的基础上，上电极和下电极的材质为金、钼、铝、铬和镍中的任一种，也可以是其他用于制造上电极和下电极的材质。压电层的材质为锆钛酸铅压电陶瓷、氧化锌和氮化铝中的任一种。具体地，可以结合体声波谐振器的结构和应用场景，以及上电极、下电极和压电层的导电性能要求，选用上述材质的任意一种。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。